BRPI0612885A2 - process for the production of hydrogen peroxide and chlorate - Google Patents

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BRPI0612885A2
BRPI0612885A2 BRPI0612885-8A BRPI0612885A BRPI0612885A2 BR PI0612885 A2 BRPI0612885 A2 BR PI0612885A2 BR PI0612885 A BRPI0612885 A BR PI0612885A BR PI0612885 A2 BRPI0612885 A2 BR PI0612885A2
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anode
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BRPI0612885-8A
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Magnus Rosvall
Rolf Edvinsson-Albers
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Akzo Nobel Nv
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Abstract

The invention relates to a process for the production of alkali metal chlorate comprising: providing an electrochemical cell comprising an anode and a cathode in separate anode and cathode compartments; contacting the cathode with an electrolyte comprising at least one organic mediator and one or more organic or mineral acids; reacting the organic mediator at the cathode to form at least one reduced form of the mediator; reacting the at least one reduced form of the mediator with oxygen to form hydrogen peroxide; contacting the anode with an anolyte comprising alkali metal chloride; reacting chloride at the anode to form chlorine that is hydrolysed; and, reacting the hydrolysed chlorine to form chlorate.

Description

"PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO ECLORATO""PROCESS FOR THE PRODUCTION OF ECLORATE HYDROGEN PEROXIDE"

A presente invenção se refere a um processo para aprodução de clorato de metal alcalino em uma célulaeletroquímica dividida.The present invention relates to a process for producing alkali metal chlorate in a divided electrochemical cell.

Clorato de metal alcalino, e especialmente clorato desódio, é um quimico importante, particularmente naindústria de polpa e de papel como uma matéria prima para aprodução de dióxido de cloro que é amplamente usado paraalvejamento. 0 clorato de metal alcalino éconvencionalmente produzido por eletrólise de cloretos demetal alcalino em células eletroliticas não divididasabertas providas com catodos envolvendo hidrogênio. Areação quimica total que ocorre em tais células éAlkali metal chlorate, and especially desodium chlorate, is an important chemical, particularly in the pulp and paper industry as a chlorine dioxide-producing raw material that is widely used for bleaching. Alkali metal chlorate is conventionally produced by electrolysis of alkali demetal chloride in open undivided electrolyte cells provided with hydrogen cathodes. Total chemical reaction that occurs in such cells is

MCl + 3H20 MClO3 + 3H2MCl + 3H20 MClO3 + 3H2

onde M é um metal alcalino. 0 processo é muito eficiente,embora o gás hidrogênio envolvido no catodo crie algumasobre-voltagem, aumentando o consumo de energia.where M is an alkali metal. The process is very efficient, although the hydrogen gas involved in the cathode creates some overvoltage, increasing energy consumption.

0 peróxido de hidrogênio é também amplamente usado naindústria de polpa e de papel, e é geralmente produzidopelo processo de antraquinona envolvendo hidrogenação eoxidação de antraquinonas e/ou tetrahidro antraquinonas emuma solução de operação. Embora muito eficiente, esteprocesso é complicado de operar, e requer equipamentoextensivo. Processos alternativos têm até agora secomprovado competitivos, a menos que sob circunstânciasmuito especiais.WO 2004/005583 revela produção de clorato de metalalcalino em uma célula eletrolitica dividida por umseparador seletivo de cátion em um compartimento de anodoem que um anodo é disposto, e um compartimento de catodo emque eletrodo de difusão de gás é disposto. Oxigênio éintroduzido no compartimento de catodo, e eletrolizado paraproduzir hidróxido de metal alcalino.Hydrogen peroxide is also widely used in the pulp and paper industry, and is generally produced by the anthraquinone process involving hydrogenation and oxidation of anthraquinones and / or tetrahydro anthraquinones in an operating solution. Although very efficient, this process is complicated to operate and requires extensive equipment. Alternative processes have so far been proven competitive unless under very special circumstances.WO 2004/005583 discloses production of alkali metal chlorate in an electrolyte cell divided by a selective cation separator in an anode compartment in which an anode is disposed, and a cathode in which gas diffusion electrode is disposed. Oxygen is introduced into the cathode compartment, and electrolyzed to produce alkali metal hydroxide.

A produção eletroquimica de solução de peróxido dehidrogênio alcalino por redução de oxigênio em um catodo érevelada em, por exemplo, US 6322690.The electrochemical production of alkaline hydrogen peroxide solution by reducing oxygen in a cathode is disclosed in, for example, US 6322690.

A produção eletroquimica de solução de peróxido dehidrogênio alcalina pela redução de oxigênio em um catodo eprodução simultânea de clorato de sódio, é revelada em E.E. Kalu and C. Oloman, "Simultaneous electrosynthesis ofalkaline hydrogen peroxide and sodium chlorate"("Eletrosintese simultânea de peróxido de hidrogênioalcalino e clorato de sódio"), Journal of AppliedElectrochemistry 20 (1990), 932-940.The electrochemical production of alkaline hydrogen peroxide solution by reducing oxygen in a cathode and simultaneously producing sodium chlorate, is revealed in E.E. Kalu and C. Oloman, "Simultaneous electrosynthesis of alkaline hydrogen peroxide and sodium chlorate" ("Simultaneous electrosynthesis of alkaline hydrogen peroxide and sodium chlorate"), Journal of AppliedElectrochemistry 20 (1990), 932-940.

E. L. Gyenge and C. W. Oloman revelam em"Electrosynthesis of hydrogen peroxide in acidic solutionsby mediated oxygen reduction in a three-phase(aqueous/organic/gaseous) system Part I: Emulsionstructure, electrode kinetics and batch electrolysis"("Eletrosintese de peróxido de hidrogênio em soluçõesácidas por redução de oxigênio mediado em um sistema detrês fases (aquosa/orgânica/gasosa) Parte I; Estrutura deemulsão, cinéticas de eletrodo e eletrólise de batelada"),Journal of Applied Electrochemistry (2003), 33(8), 655-663e ""Electrosynthesis of hydrogen peroxide in acidicsolutions by mediated oxygen reduction in a three-phase(aqueous/organic/gaseous) system Part II: Experiments inflow-by fixed-bed electrochemical cells with three-phaseflow" ("Eletrosintese de peróxido de hidrogênio em soluçõesácidas por redução de oxigênio mediada em um sistema detrês fases (aquosa/orgânica/gasosa) Parte II: Experimentosem células eletroquimicas em fluxo por leito fixo com umfluxo de três fases"), Journal of Applied Electrochemistry(2003), 33(8), 665-674, produção de peróxido de hidrogêniopor eletroredução de 2-etil-9,10-antraquinona àantrahidroquinona correspondente dissolvida em uma faseorgânica emulsifiçada em água. A antrahidroquinona éreagida com oxigênio gasoso para obter peróxido dehidrogênio.EL Gyenge and CW Oloman disclose in "Electrosynthesis of hydrogen peroxide in acidic solutions by mediated oxygen reduction in a three-phase (aqueous / organic / gaseous) system Part I: Emulsionstructure, electrode kinetics and batch electrolysis" acid solutions by mediated oxygen reduction in a three-phase system (aqueous / organic / gas) Part I; Emulsion Structure, Electrode Kinetics and Batch Electrolysis "), Journal of Applied Electrochemistry (2003), 33 (8), 655-663e "" Electrosynthesis of hydrogen peroxide in acidicsolutions by mediated oxygen reduction in a three-phase (aqueous / organic / gaseous) system Part II: Experiments inflow-by fixed-bed electrochemical cells with three-phaseflow "(" Electrosynthesis of hydrogen peroxide in acid solutions by a three-phase mediated oxygen reduction (aqueous / organic / gas) Part II: Experiments in a fixed-flow electrochemical cell flow three-phase "), Journal of Applied Electrochemistry (2003), 33 (8), 665-674, hydrogen peroxide production by electroneduction of 2-ethyl-9,10-anthraquinone to the corresponding anthrahydroquinone dissolved in a water-emulsified organic phase. Anthrahydroquinone is reacted with gaseous oxygen to obtain hydrogen peroxide.

JP 61-284591 e US 4067787 revelam produção de peróxidode hidrogênio pela redução de um derivado de antraquinonasolúvel em água em uma solução aquosa, seguida por reaçãocom oxigênio.JP 61-284591 and US 4067787 disclose hydrogen peroxide production by reducing a water-soluble anthraquinone derivative in an aqueous solution, followed by reaction with oxygen.

A. Huissoud and P. Tissot revelam em "Electrochemicalreduction of 2-ethyl-9,10-anthraquinone on reticulatedvitreous carbon and mediated formation of hydrogenperoxide" ("Redução eletroquimica de 2-etil-9,10-antraquinona em carbono vitreo reticulado e formaçãomediada de peróxido de hidrogênio"), Journal of AppliedElectrochemistry (1998), 28(6), 653-657, reduçãoeletroquimica de 2-etil-9,10-antraquinona em dimetoxietanocompreendendo 5% de água e 0,1 mole/litro de tetraetilamônio tetrafluorborato.A. Huissoud and P. Tissot disclose in "Electrochemicalreduction of 2-ethyl-9,10-anthraquinone on reticulated carbon and mediated formation of hydrogenperoxide" ("Electrochemical reduction of 2-ethyl-9,10-anthraquinone in cross-linked vitreous carbon and mediated formation"). Peroxide "), Journal of AppliedElectrochemistry (1998), 28 (6), 653-657, electrochemical reduction of 2-ethyl-9,10-anthraquinone in dimethoxyethane comprising 5% water and 0.1 mole / liter tetraethylammonium tetrafluorborate .

A redução eletroquimica de oxigênio em um catodo decarbono enxertado com antraquinona é revelada, por exemplo,em WO 02/02846, Mirkhalaf, Fakhradin; Tammeveski, Kaido;Schiffrin, David J., "Substituent effects on theelectrocatalytic reduction of oxygen on quinone-modifiedglassy carbon electrodes" ("Efeitos substituídos na reduçãoeletrocatalitica de oxigênio em eletrodos de carbono vitreomodificados por quinona"), Phys. Chem. Chem. Phys. (2004),6(6), 1321-1327, e Vaik, Katri; Schiffrin, David J;Tammeveski, Kaido; "Electrochemical reduction of oxygen onanodically pre-treated and chemically grafted glassy carbonelectrodes in alkaline solutions" ("Redução eletroquimicade oxigênio em eletrodos de carbono vitreo anodicamentepré-tratado e quimicamente enxertado em soluçõesalcalinas"), Electrochemistry Communications (2004), 6(1),1-5.Electrochemical oxygen reduction in an anthraquinone-grafted decarbon cathode is disclosed, for example, in WO 02/02846, Mirkhalaf, Fakhradin; Tammeveski, Kaido; Schiffrin, David J., "Substituting effects on the electrocatalytic reduction of oxygen on quinone-modifiedglassy carbon electrodes" ("Substituted effects on the electrocatalytic reduction of oxygen on quinone vitreomodified carbon electrodes"), Phys. Chem. Chem. Phys. (2004), 6 (6), 1321-1327, and Vaik, Katri; Schiffrin, David J. Tammeveski, Kaido; "Electrochemical reduction of oxygen on pre-treated and chemically grafted glassy carbon electrodes in alkaline solutions" ("Electrochemical reduction of oxygen in anodically pretreated and chemically grafted in alkaline solutions"), Electrochemistry Communications (2004), 6 (1), 1-5.

Vaiki, Katri; Sarapuu, Ave; Tammeveski, Kaido;Mirkhalaf, Fakhradin; Schiffrin, David J. "Oxygen reductionon phenanthrenequinone-modified glassy carbon electrodes in0,1 M KOH" ("Redução de oxigênio em eletrodos de carbonovitreo modificado por fenantrenoquinona em KOH 0,1M"),Journal of Electroanalytical Chemistry (2004), 564(1-2),159-166, revelam o uso de um catodo enxertado comfenantrenoquinona.Vaiki, Katri; Sarapuu Ave; Tammeveski, Kaido; Mirkhalaf, Fakhradin; Schiffrin, David J. "Oxygen reductionon phenanthrenequinone-modified glassy carbon electrodes in 0.1M KOH" ("Oxygen reduction in phenanthrenequinone modified carbonovitre electrodes in 0.1M KOH"), Journal of Electroanalytical Chemistry (2004), 564 ( 1-2), 159-166, disclose the use of a phenanthrenequinone grafted cathode.

WO 03/004727 revela eletrosintese de compostosorgânicos por transformação eletroquimica de um composto napresença de um eletrólito compreendendo liquido iônico àtemperatura ambiente e recuperação do produto.WO 03/004727 discloses electrosynthesis of organic compounds by electrochemical transformation of a compound in the presence of an electrolyte comprising ionic liquid at room temperature and product recovery.

É um objetivo da invenção proporcionar um processoeficiente para a produção de clorato de metal alcalino.It is an object of the invention to provide an efficient process for the production of alkali metal chlorate.

É outro objetivo da invenção proporcionar um processoque capacita produção simultânea de clorato de metalalcalino e peróxido de hidrogênio.It is another object of the invention to provide a process which enables simultaneous production of metal alkaline chlorate and hydrogen peroxide.

A invenção se refere a um processo para a produção declorato de metal alcalino compreendendo:The invention relates to a process for the production of alkali metal chlorate comprising:

provisão de uma célula eletroquimica compreendendo umanodo e um catodo em compartimentos de anodo e catodoseparados;providing an electrochemical cell comprising a node and a cathode in anode and cathode-separated compartments;

contato do catodo com um católito compreendendo pelomenos um mediador orgânico e um ou mais ácidos orgânicos ouminerais;cathode contact with a catholyte comprising at least one organic mediator and one or more organic or mineral acids;

reação do mediador orgânico no catodo para formar pelomenos uma forma reduzida do mediador;reaction of the organic mediator in the cathode to form at least a reduced form of the mediator;

reação da pelo menos uma forma reduzida do mediadorcom oxigênio, para formar peróxido de hidrogênio;reacting at least one reduced form of the oxygen mediator to form hydrogen peroxide;

contato do anodo com um anólito compreendendo cloretode metal alcalino;contacting the anode with an anolyte comprising alkali metal chloride;

reação do cloreto no anodo para formar cloro que éhidrolizado; ereaction of chloride on the anode to form chlorine which is hydrolyzed; and

reação do cloro hidrolizado para formar clorato.hydrolyzed chlorine reaction to form chlorate.

Preferivelmente o peróxido de hidrogênio é separado apartir do católito como um produto, ou usado como umreagente para a produção de outros quimicos sem separação apartir do eletrólito. Contudo, no caso do peróxido dehidrogênio não ser necessário no local de produção, étambém possivel simplificar a destruição do peróxido dehidrogênio, por exemplo, por decomposição catalitica.Preferably the hydrogen peroxide is separated from the catholyte as a product, or used as a reagent for the production of other chemicals without separation from the electrolyte. However, where hydrogen peroxide is not required at the place of production, it is also possible to simplify the destruction of hydrogen peroxide, for example by catalytic decomposition.

O anólito pode ter uma concentração de ions cloretoaté saturação, pref erivelmente de cerca de 30 a cerca de300 g/l, mais preferivelmente de cerca de 50 a cerca de 250g/l, mais pref erivelmente de cerca de 80 a cerca de 200g/l, calculada como cloreto de sódio. O anólito usualmentetambém compreende pelo menos algum clorato, preferivelmentede cerca de 1 a cerca de 1200 g/l, calculado como cloratode sódio. Em uma concretização, o teor preferido é de cercade 300 a cerca de 650 g/l, mais preferivelmente de cerca de500 a cerca de 650 g/l, calculado como clorato de sódio. Emoutra concretização, o teor preferido é de cerca de 1 acerca de 50 g/l, mais preferivelmente de cerca de 1 a cercade 30 g/l, calculado como clorato de sódio.The anolyte may have a chloride ions saturation concentration, preferably from about 30 to about 300 g / l, more preferably from about 50 to about 250 g / l, more preferably from about 80 to about 200 g / l. , calculated as sodium chloride. The anolyte usually also comprises at least some chlorate, preferably from about 1 to about 1200 g / l, calculated as sodium chlorate. In one embodiment, the preferred content is from about 300 to about 650 g / l, more preferably from about 500 to about 650 g / l, calculated as sodium chlorate. In another embodiment, the preferred content is from about 1 to about 50 g / l, more preferably from about 1 to about 30 g / l, calculated as sodium chlorate.

De modo a estimular a hidrólise de cloro, o pH namassa do anólito é preferivelmente pelo menos cerca de 4,mais preferivelmente de cerca de 4 a cerca de 10. É paraser compreendido que podem existir variações locais do pH,e, particularmente, que podem existir zonas locais tendo pHconsideravelmente inferiores conforme prótons são formados.In order to stimulate chlorine hydrolysis, the pH of the anolyte mass is preferably at least about 4, more preferably from about 4 to about 10. It is understood that there may be local variations in pH, and particularly that there may be there are local zones having considerably lower pH as protons are formed.

De modo a suprimir reações laterais indesejadas, épossivel incluir cromato de metal alcalino, dicromato, ououtro tampão de pH adequado no anólito. Se cromato oudicromato está presente no anólito, o teor deste épreferivelmente de cerca de 0,01 a cerca de 10 g/l, maispreferivelmente de cerca de 0,01 a cerca de 6 g/l,calculado como cromato de sódio. Contudo, é também possíveloperar na ausência substancial de cromato no anólito.In order to suppress unwanted side reactions, it may be possible to include alkali metal chromate, dichromate, or other suitable pH buffer in the anolyte. If chromate or dichromate is present in the anolyte, its content is preferably from about 0.01 to about 10 g / l, more preferably from about 0.01 to about 6 g / l, calculated as sodium chromate. However, it is also possible to operate in the substantial absence of chromate in the anolyte.

A menos que de outro modo citado, todas asconcentrações em g/l se referem ao volume da solução atual.Unless otherwise noted, all concentrations in g / l refer to the volume of the current solution.

A temperatura no anólito é preferivelmente de cerca de20 a cerca de 100°C, mais preferivelmente de cerca de 40 acerca de 90°C.The temperature in the anolyte is preferably from about 20 to about 100 ° C, more preferably from about 40 to about 90 ° C.

Adequadamente, muito do cloro gerado no compartimentode anodo é dissolvido na solução de anólito. O cloroespontaneamente dissolvido suporta hidrólise parcial paraformar ácido hipocloroso de acordo com a fórmula:Suitably, much of the chlorine generated in the anode compartment is dissolved in the anolyte solution. Spontaneously dissolved chlorine supports partial hydrolysis to form hypochlorous acid according to the formula:

Cl2 + H2O HClO + HClCl2 + H2O HClO + HCl

0 ácido hipocloroso suporta desproporcionamento (emalguma literatura referida como auto-oxidação) em clorato,de acordo com a fórmula total:Hypochlorous acid supports disproportionation (in some literature referred to as auto-oxidation) in chlorate according to the total formula:

2HC10 + CIO" -» ClO3" + 2 Cl" + 2 H+2HC10 + C10 "-» ClO3 "+ 2 Cl" + 2 H +

0 desproporcionamento pode ocorrer na célula, em umreator de clorato separado, ou em uma combinação destes.Disproportionation may occur in the cell, in a separate chlorate reactor, or a combination thereof.

Preferivelmente, o anólito a partir do compartimentode anodo, também referido como eletrólito de clorato, eusualmente compreendendo cloro e/ou ácido hipocloroso, étrazido para um reator de clorato para proceder com asreações de desproporcionamento para produzir clorato. 0reator de clorato pode ser de qualquer tipo convencional,por exemplo, conforme descrito em US 54 19818, e podecompreender um ou vários vasos de clorato.Preferably, the anolyte from the anode compartment, also referred to as chlorate electrolyte, usually comprising chlorine and / or hypochlorous acid, is brought into a chlorate reactor to proceed with disproportionate reactions to produce chlorate. The chlorate reactor may be of any conventional type, for example as described in US 54 19818, and may comprise one or more chlorate vessels.

Quando o desproporcionamento é completado a um grausuficiente, o eletrólito de clorato pode ser trazido paraum cristalizador para precipitar e retirar clorato de metalalcalino sólido. 0 licor mãe a partir da cristalização,usualmente contendo ions cloreto não-reagidos, hipoclorito,e clorato, é, em seguida, preferivelmente recirculado parao compartimento de anodo da célula eletroquimica paraformar um anólito junto com cloreto de metal alcalinorecentemente adicionado. É também possivel usar oeletrólito de clorato como tal sem cristalização, porexemplo, como uma alimentação a um gerador de dióxido decloro. Esta concretização é vantajosa em um processointegrado onde licor de gerador exaurido a partir daprodução de dióxido de cloro é reciclado de volta para ocompartimento de anodo da célula eletroquimica para aprodução de cloreto.When the disproportionation is completed to a sufficient degree, the chlorate electrolyte may be brought into a crystallizer to precipitate and remove solid alkali metal chlorate. The mother liquor from crystallization, usually containing unreacted chloride ions, hypochlorite, and chlorate, is then preferably recycled to the anode compartment of the electrochemical cell to form an anolyte along with alkali metal chloride added. It is also possible to use the chlorate electrolyte as such without crystallization, for example as a feed to a chlorine dioxide generator. This embodiment is advantageous in an integrated process where generator liquor depleted from chlorine dioxide production is recycled back to the electrode cell anode compartment for chloride production.

A produção de clorato de metal alcalino pode serrealizada continuamente, em batelada, ou em uma combinaçãodestes.The production of alkali metal chlorate can be performed continuously, in batch, or in a combination of these.

O mediador orgânico no católito é preferivelmentedissolvido em uma fase liquida continua predominantementeaquosa ou em uma fase liquida continua predominantementeorgânica, preferivelmente tendo uma condutividade elétricasob condições de processo de pelo menos cerca de 0,1 S/m,mais preferivelmente pelo menos cerca de 1 S/m, maispreferivelmente pelo menos cerca de 3 S/m. Contudo, étambém possivel para o mediador orgânico ser dissolvido emuma fase predominantemente orgânica emulsificada em umafase continua predominantemente aquosa.O mediador orgânico é uma substância capaz de sereletroquimicamente reagida em um catodo para produzir umaou várias formas reduzidas, que, por sua vez, são capazesde reagirem com oxigênio preferivelmente molecular, e seremconvertidas de volta à forma original, capacitando, dessemodo, um processo ciclico. A reação das formas reduzidas domediador com oxigênio preferivelmente ocorre na presença deprótons. Contudo, na ausência de uma fonte de prótonadequada, é possivel formar sais de peróxido, por exemplo,Na2O2, que subseqüentemente podem ser hidrolizados paraproduzir peróxido de hidrogênio. Sem estar ligado aqualquer teoria, acredita-se que o esquema de reação queproduz peróxido de hidrogênio compreende a transferência dedois elétrons e dois prótons que ocorre em reaçõesseparadas ou combinadas simultâneas, e acredita-se envolvercomo espécies intermediárias: O2', H00" e HOCT.The organic mediator in the catholyte is preferably dissolved in a predominantly aqueous liquid phase or a predominantly organic liquid phase, preferably having an electrical conductivity under process conditions of at least about 0.1 S / m, more preferably at least about 1 S / m 2. m, more preferably at least about 3 S / m. However, it is also possible for the organic mediator to be dissolved in a predominantly organic phase emulsified to a predominantly aqueous phase. The organic mediator is a substance capable of being electrochemically reacted in a cathode to produce one or several reduced forms, which in turn are capable of reacting. with preferably molecular oxygen, and be converted back to the original form thereby enabling a cyclic process. Reaction of the reduced tamer forms with oxygen preferably occurs in the presence of deprotons. However, in the absence of a suitable proton source, it is possible to form peroxide salts, for example Na2O2, which can subsequently be hydrolyzed to produce hydrogen peroxide. Without being bound by any theory, it is believed that the hydrogen peroxide producing reaction scheme comprises the transfer of two electrons and two protons occurring in simultaneous separate or combined reactions, and is believed to be involved as intermediate species: O2 ', H00 "and HOCT.

Exemplos de classes de substâncias orgânicas queformam sistemas redox, e úteis como mediadores, incluemquinonas, flavoquinonas, derivados de piridina, tal comonicotineamidas, e cetonas.Examples of classes of organic substances that form redox systems, and useful as mediators, include quinones, flavoquinones, pyridine derivatives, such as comonicotineamides, and ketones.

As quinonas úteis incluem moléculas contendo umaporção de (benzo) quinona (formas orto- ou para-) das quaisantraquinonas, tetrahidro antraquinonas, naftoquinonas,benzoquinonas e derivados destas são preferidas.Useful quinones include molecules containing a portion of (benzo) quinone (ortho- or para- forms) of which anthraquinones, tetrahydro anthraquinones, naphthoquinones, benzoquinones and derivatives thereof are preferred.

Antraquinonas, naftoquinonas e benzoquinonas sãopreferivelmente substituídas, por exemplo, alquilsubstituído similar a 2-alquil-9,10-antraquinonas. Exemplosespecíficos incluem 2-etil-9,10-antraquinona, 2-terc-butil-9,10-antraquinona, 2-hexenil-9,10-antraquinona, misturaseutéticas de alquil-9,10-antraquinonas, misturas de 2-amil-9,10-antraquinonas, todas das quais tendo altaestabilidade. Exemplos específicos de naftoquinonas alquilsubstituídas incluem 2-metil-l,4-naftoquinona, 2-etil-l,4-naftoquinona, 2-propil-l,4-naftoquinona, 2-terc-butil-1,4-naftoquinona, 2-terc-amil-l,4-naftoquinona, 2-iso-amil-l,4-naftoquinona, 2,3-dimetil-l,4-naftoquinona. Outros exemplosde substituintes úteis para controle da reatividade esolubilidade de quinonas incluem -S03H/-S03~, -OPO3R", -NO2,-OCH3, -SO2CH3, -OPh, -SPh, -SO2Ph, -C00H/-C00", -CN, -0H, -COCH3, -F, -Cl, -Br, -CF3, -NH2/NH3+, -NRH/-NRH2+, -NR2/-NR2H+, -NR3+, -PH2/-NH3+, -SR2+, -PRH/-PRH2+, -PR2/-PR2H+ e -PR3+, R preferivelmente sendo, independentemente um dooutro, opcionalmente, alquil, alquenil ou aril substituído,ou hidrogênio. As antraquinonas podem ser simplesmente oumultiplamente substituídas com uma combinação dossubstituintes acima, e/ou outros substituintes. É tambémpossível usar derivados de quinona tendo substituintes desuporte de carga comum impondo um caráter iônico damolécula. Exemplos específicos de derivados de quinona semalquil substituído incluem antraquinona-2-sulfonato,5,6,7,8-tetrahidro-9-10-antraquinona-2-sulfonato,antraquinona-2,6-disulfato, naftoquinona-2-sulfonato, 2-metoxi-1,4-naftoquinona, 2-etoxi-l,4-naftoquinona, 2-amino-antraquinona, 2-amino-naftoquinona, 2-(alquil amino)-antraquinona, 2-(dialquil amino)-antraquinona, 2-(trialquilamônio)-antraquinona, 2-(alquil amino)-naftoquinona, 2-(dialquil amino)-naftoquinona, 2-(trialquil amônio)-naftoquinona. As naftoquinonas podem, por exemplo, seremsubstituídas em qualquer posição no anel lateral, porexemplo, naftoquinona-6-sulfonato ou 6-trialquilamônianaftoquinona. Um substituinte em cada anel pode também servantajoso, tais como 6-amil-naftoquinona-2-sulfonato ou 6-etil-2-trietilamônio naftoquinona. Exemplos correspondentespara benzoquinona são benzoquinona-2-sulfonato e 2-(etil,dimetil)amônio. As antraquinonas e naftoquinonas com osanéis laterais parcialmente hidrogenados, por exemplo,1,2,3,4-tetrahidro antraquinona, 5,6,7,8-tetrahidro-2-etil-antraquinona, 5,6,7,8-tetrahidroftoquinona, podem tambémserem usadas. Isto também se aplica a quinonas antra- enafto-substituidas, incluindo aquelas correspondentes aostipos acima mencionados.Anthraquinones, naphthoquinones and benzoquinones are preferably substituted, for example substituted alkyl similar to 2-alkyl-9,10-anthraquinones. Specific examples include 2-ethyl-9,10-anthraquinone, 2-tert-butyl-9,10-anthraquinone, 2-hexenyl-9,10-anthraquinone, alkyl-9,10-anthraquinone mixtures and mixtures of 2-amyl 9,10-anthraquinones, all of which have high stability. Specific examples of alkyl substituted naphthoquinones include 2-methyl-1,4-naphthoquinone, 2-ethyl-1,4-naphthoquinone, 2-propyl-1,4-naphthoquinone, 2-tert-butyl-1,4-naphthoquinone, 2- tert-amyl-1,4-naphthoquinone, 2-iso-amyl-1,4-naphthoquinone, 2,3-dimethyl-1,4-naphthoquinone. Other examples of substituents useful for controlling quinone solubility and reactivity include -SO 3 H / -SO 3 -, -OPO 3 R ", -NO 2, -OCH 3, -SO 2 CH 3, -OPh, -SPh, -SO 2 Ph, -C00H / -C00", -CN , -OH, -COCH3, -F, -Cl, -Br, -CF3, -NH2 / NH3 +, -NRH / -NRH2 +, -NR2 / -NR2H +, -NR3 +, -PH2 / -NH3 +, -SR2 +, -PRH -PRH2 +, -PR2 / -PR2H + and -PR3 +, R preferably independently being one of the others, optionally alkyl, alkenyl or substituted aryl, or hydrogen. Anthraquinones may be simply or multiple substituted with a combination of the above substituents, and / or other substituents. It is also possible to use quinone derivatives having common charge-bearing substituents imposing a molecule ionic character. Specific examples of substituted semalkyl quinone derivatives include anthraquinone-2-sulfonate, 5,6,7,8-tetrahydro-9-10-anthraquinone-2-sulfonate, anthraquinone-2,6-disulfate, naphthoquinone-2-sulfonate, 2 -methoxy-1,4-naphthoquinone, 2-ethoxy-1,4-naphthoquinone, 2-amino-anthraquinone, 2-amino-naphthoquinone, 2- (alkylamino) anthraquinone, 2- (dialkylamino) anthraquinone, 2 - (trialkylammonium) anthraquinone, 2- (alkylamino) naphthoquinone, 2- (dialkylamino) naphthoquinone, 2- (trialkylammonium) naphthoquinone. Naphthoquinones may, for example, be substituted at any position on the side ring, for example naphthoquinone-6-sulfonate or 6-trialkylammonianaphtoquinone. A substituent on each ring may also be advantageous, such as 6-amyl-naphthoquinone-2-sulfonate or 6-ethyl-2-triethylammonium naphthoquinone. Corresponding examples for benzoquinone are benzoquinone-2-sulfonate and 2- (ethyl, dimethyl) ammonium. Anthraquinones and naphthoquinones with partially hydrogenated side rings, for example 1,2,3,4-tetrahydro anthraquinone, 5,6,7,8-tetrahydro-2-ethyl anthraquinone, 5,6,7,8-tetrahydroftoquinone, may also be used. This also applies to anthraphosphenated quinones, including those corresponding to the above mentioned types.

No caso, uma quinona é substituída e compreende um oumais grupos alquil, alquenil ou aril substituído, sendopreferido que estes grupos independentemente um dos outrostenham de 1 a 12 átomos de carbono, mais preferivelmente de1 a 8 átomos de carbono. Se mais do que um tal grupo estápresente, eles são preferivelmente de comprimento de cadeiamisturado. Os grupos alquil, alquenil e aril podem tambémserem substituídos, por exemplo, com um ou mais grupohidroxil.In this case, a quinone is substituted and comprises one or more substituted alkyl, alkenyl or aryl groups, it is preferred that these groups independently of one another have from 1 to 12 carbon atoms, more preferably from 1 to 8 carbon atoms. If more than one such group is present, they are preferably of mixed chain length. Alkyl, alkenyl and aryl groups may also be substituted with, for example, one or more hydroxyl groups.

As quinonas, incluindo antraquinonas, tetrahidroantraquinonas, naftoquinonas, benzoquinonas e derivadosdestas, podem ser reduzidas a hidroquinonas correspondentespela adição sucessiva de dois elétrons e dois prótons. Emseguida a quinona e a hidroquinona, um número de formasintermediárias é acreditado estarem presentes e ativas,similar ao radical de semi-quinona e ao ânion desemiquinona, bem como as formas de base da hidroquinonaácida. Todas estas formas reduzidas podem reagir comoxigênio, e contribuem para a reação total que produzperóxido de hidrogênio e a quinona original.Quinones, including anthraquinones, tetrahydroanthraquinones, naphthoquinones, benzoquinones and derivatives thereof, may be reduced to corresponding hydroquinones by the successive addition of two electrons and two protons. Following quinone and hydroquinone, a number of intermediate forms are believed to be present and active, similar to the semi-quinone radical and the dysquinone anion, as well as the base forms of hydroquinone acid. All of these reduced forms can react as oxygen, and contribute to the overall reaction that produces hydrogen peroxide and the original quinone.

Outros sistemas mediadores capazes de reduzir oxigênioa superóxido e, subseqüentemente, peróxido de hidrogênio,incluem flavoquinona, por exemplo, flavin (ver, porexemplo, H. Tatsumi e outros em "Mechanistic study of theautooxidation of reduced flavin and quinone compounds"("Estudo mecanistico da auto-oxidação de flavin reduzida ecompostos de quinona") em Journal of ElectroanalitycalChemistry (1988), 443, 236-242), e derivados de piridinasimilares a nicotinamida e derivados desta.Other mediating systems capable of reducing oxygen to superoxide and subsequently hydrogen peroxide include flavoquinone, eg flavin (see, for example, H. Tatsumi and others in "Mechanistic study of reduced flavin and quinone compounds"). of auto-oxidation of reduced flavin and quinone compounds ") in Journal of Electroanalitycal Chemistry (1988), 443, 236-242), and nicotinamide-like pyridine derivatives and derivatives thereof.

Sistemas mediadores adicionais são formados porcetonas e seus álcoois correspondentes. A cetona pode sereletroquimicamente reduzida ao álcool correspondente, quereage com oxigênio para formar peróxido de hidrogênio e acetona original. Álcoois secundários são preferidos eparticularmente álcoois fenilicos. Álcoois úteis incluemisopropil álcool, benzil álcool, difenilmetanol,metilfenilmetanol. Álcoois secundários também contendo umgrupo suportando uma carga podem também serem usados.Additional mediating systems are formed by ketones and their corresponding alcohols. Ketone may be electrochemically reduced to the corresponding alcohol, oxygenated to form hydrogen peroxide and original acetone. Secondary alcohols are particularly preferred phenyl alcohols. Useful alcohols include isopropyl alcohol, benzyl alcohol, diphenylmethanol, methylphenylmethanol. Secondary alcohols also containing a group bearing a charge may also be used.

0 teor de mediador orgânico, incluindo formasreduzidas, no católito, é preferivelmente pelo menos cercade 0,1 peso%, mais preferivelmente pelo menos cerca de 1peso%, mais preferivelmente pelo menos cerca de 3 peso%.The organic mediator content, including reduced forms, in the catholyte is preferably at least about 0.1 wt%, more preferably at least about 1 wt%, more preferably at least about 3 wt%.

Ele é limitado para cima somente pela solubilidade, quedepende do mediador usado e da composição da fase liquida,mas, em muitos casos, sendo maior do que cerca de 10 peso%ou cerca de 30 peso%, ou ainda mais alto. Em umaconcretização onde uma parte significante do peróxido dehidrogênio é formada fora da célula, o teor de mediadororgânico é preferivelmente pelo menos cerca de 1 peso%,mais preferivelmente pelo menos cerca de 3 peso%, maispreferivelmente pelo menos cerca de 10 peso%.It is limited upwards only by the solubility, which depends on the mediator used and the liquid phase composition, but in many cases being greater than about 10 weight% or about 30 weight%, or even higher. In a embodiment where a significant part of hydrogen peroxide is formed outside the cell, the organic mediator content is preferably at least about 1 weight%, more preferably at least about 3 weight%, more preferably at least about 10 weight%.

Se o católito compreende uma fase continuapredominantemente aquosa que dissolve o mediador orgânico,esta fase preferivelmente compreende pelo menos cerca de 50peso%, mais preferivelmente pelo menos cerca de 80 peso% deágua e outros componentes inorgânicos. É, em seguida,preferido que o mediador seja selecionado a partir daquelescom alta solubilidade na água, por exemplo, quinonascompreendendo um ou mais grupos hidrofilicos, tais como -SO3H/-SO3", -NO2, -C00H/-C00", -0H, -NH2/NH3+, -NR2/-NR2H+, -NR3+, -PH2/-NH3+, -PRH/-PRH2+, -PR2/-PR2H+ e -PR3+, Rpreferivelmente sendo, independentemente um do outro,hidrogênio, ou opcionalmente alquenil ou aril substituído.If the catholyte comprises a predominantly aqueous continuous phase that dissolves the organic mediator, this phase preferably comprises at least about 50 wt%, more preferably at least about 80 wt% water and other inorganic components. It is then preferred that the mediator be selected from those with high water solubility, for example, quinones comprising one or more hydrophilic groups, such as -SO3H / -SO3 ", -NO2, -C00H / -C00", -OH -NH2 / NH3 +, -NR2 / -NR2H +, -NR3 +, -PH2 / -NH3 +, -PRH / -PRH2 +, -PR2 / -PR2H + and -PR3 +, preferably independently of each other hydrogen, or optionally alkenyl or substituted aryl.

Se o católito compreende uma fase continuapredominantemente orgânica que dissolve o mediadororgânico, esta fase preferivelmente compreende pelo menoscerca de 50 peso%, mais preferivelmente pelo menos cerca de80 peso% de componentes inorgânicos, e pode, em casosextremos, ser substancialmente livre de compostosinorgânicos. Contudo, é preferido que pelo menos cerca de 5peso%, mais preferivelmente pelo menos cerca de 20 peso% decomponentes inorgânicos sejam incluídos. Tais componentesinorgânicos podem, por exemplo, ser ions inorgânicos desais produzidos de ambos ions orgânicos e inorgânicos.If the catholyte comprises a predominantly organic continuous phase that dissolves the organic mediator, this phase preferably comprises at least about 50 weight%, more preferably at least about 80 weight% inorganic components, and may, in extreme cases, be substantially free of inorganic compounds. However, it is preferred that at least about 5 wt%, more preferably at least about 20 wt% inorganic components are included. Such inorganic components may, for example, be desal inorganic ions produced from both organic and inorganic ions.

A fase liquida continua do católito compreendepreferivelmente um sal pelo menos parcialmente orgânico,compreendendo pelo menos um tipo de cátion orgânico e/ouânion orgânico. O teor deste na fase liquida continua épreferivelmente de cerca de 20 peso% a cerca de 99 peso%,mais pref erivelmente de cerca de 40 peso% a cerca de 95peso%, mais preferivelmente de cerca de 60 peso% a cerca de90 pesol.The continuous liquid phase of the catholyte preferably comprises an at least partially organic salt comprising at least one type of organic cation and / or organic anion. The content thereof in the continuous liquid phase is preferably from about 20 weight% to about 99 weight%, more preferably from about 40 weight% to about 95 weight%, more preferably from about 60 weight% to about 90 pesol.

A fase liquida continua do católito tem um pH abaixode 7. Se a fase liquida é predominantemente orgânica, o pHse refere ao pH obtido na água mantida em equilíbrio com afase liquida predominantemente orgânica.The continuous liquid phase of the catholyte has a pH below 7. If the liquid phase is predominantly organic, the pH refers to the pH obtained in water maintained in equilibrium with the predominantly organic liquid phase.

O sal pelo menos parcialmente orgânico pode serselecionado a partir do grupo de sais referidos comoliquidos iônicos, uma classe diversa de líquidossubstancialmente consistindo de ions. Um liquido iônicopode ser simples, e conter um tipo simples de ânions e umtipo simples de cátions, ou pode ser complexo, e conter umamistura de ânions diferentes e/ou cátions diferentes.The at least partially organic salt may be selected from the group of salts referred to as ionic liquids, a diverse class of liquids substantially consisting of ions. An ionic liquid may be simple, and contain a simple type of anions and a simple type of cations, or may be complex, and contain a mixture of different anions and / or different cations.

Alguns liquidos iônicos têm um ponto de fusão baixo, epressão de vapor desprezível perto de ou abaixo datemperatura ambiente, e são freqüentemente referidos comoliquidos iônicos de temperatura ambiente. Tais liquidosiônicos usualmente permanecem líquidos sobre uma faixa detemperatura grande.Some ionic liquids have a low melting point, negligible vapor pressure near or below ambient temperature, and are often referred to as ambient temperature ionic liquids. Such liquids usually remain liquids over a large temperature range.

0 sal pelo menos parcialmente orgânico pode também serselecionado a partir de sais que somente são nãoclassificados como líquidos iônicos, mas têm taispropriedades quando presentes juntos com um co-solventeneutro, tal como água ou um álcool molecular baixo similara metanol, etanol ou propanol, dos quais água é preferida.The at least partially organic salt may also be selected from salts which are not only classified as ionic liquids, but have such properties when present together with a cosolvent neutral, such as water or a low molecular alcohol similar to methanol, ethanol or propanol, of which Water is preferred.

A razão de peso de sal para co-solvente é preferivelmentede cerca de 1:1 a cerca de 1000:1, mais pref erivelmente decerca de 2:1 a cerca de 100:1, mais pref erivelmente decerca de 5:1 a cerca de 20:1.The weight ratio of salt to co-solvent is preferably from about 1: 1 to about 1000: 1, more preferably from about 2: 1 to about 100: 1, more preferably from about 5: 1 to about 100: 1. 20: 1.

É preferido usar um sal pelo menos parcialmenteorgânico que em si, ou em combinação com um co-solventeneutro, forma uma fase líquida à pressão atmosférica abaixode cerca de 130°C, preferivelmente abaixo de 100°C, maispreferivelmente abaixo de cerca de 80°C. Adicionalmente, apressão parcial do sal a IOO0C é preferivelmente abaixo decerca de 10 kPa, mais preferivelmente abaixo de cerca de 1kPa, mais preferivelmente abaixo de 0,1 kPa (excluindo apressão parcial a partir de um co-solvente neutroopcional).It is preferred to use an at least partially organic salt which itself, or in combination with a co-solventeneutral, forms a liquid phase at atmospheric pressure below about 130 ° C, preferably below 100 ° C, more preferably below about 80 ° C. . Additionally, the partial pressure of the salt at 100 ° C is preferably below about 10 kPa, more preferably below about 1kPa, more preferably below 0.1 kPa (excluding partial pressure from a neutral optional co-solvent).

Um líquido com propriedades físicas adequadas podecompreender um ou uma mistura de dois ou mais sais pelomenos parcialmente orgânicos, em combinação com co-solventes neutros, dos quais água é preferida. Ele podetambém compreender ânions e cátions que sozinho não formamsais com propriedades adequadas.O sal pelo menos parcialmente orgânico pode serformado a partir de várias combinações de cátions e ânions,entre os quais um tipo de ion é orgânico. Os ions sãopreferivelmente monovalentes. Exemplos de cátions inclueml-alquil-3-metil imidazolium, l-butil-3-metil imidazolium[BMIM], l-etil-3-metil imidazolium [EMIM], 1,2,3-trimetilimidazolium, N-alquilpiridinium, N-butil piridinium [BPY],pirrolidinium, guanidinium e alquil guanidinium,isouronium, PR4+, NR4+, SR3"1", tetrametilamônio, colina,cocomonium, e misturas destes, R preferivelmente sendo,independentemente um do outro, opcionalmente alquil,alquenil ou aril substituido, ou hidrogênio. Outrosexemplos incluem quinonas substituídas aqui denotadas [Q-NR3+] e [Q-PR3+] , onde Q representa uma quinona tal comoantraquinona, naftoquinona ou benzoquinona, e R sendoconforme acima. Exemplos de ânions incluem hexafluorfosfato[HFP], tetrafluorborato [TBF], fluorsulfonato,hexafluorantimonato hexafluorarsenato, cloraluminato,bromoaluminato, bis(trifluormetilsulfonil)imida,tris(trifluormetilsulfonil)metide, tricianometide,dicianamida, nanofluorbutanosulfonato, trifluormetanosulfonato, 2,2,2,-trifluoretanosulfonato, nitrato, sulfato,RPO42", R2PO4-, R2PO2" (por exemplo, um dialquilfosfinato) ,perclorato, acetato, alquilsulfonato, bis(2-etilhexil)sódiosulfosuccinato, dietilenoglicolmonometiletersulfato,alquiloligoetersulfato, pivalato, tetraalquilborato,propionato, succinato, sacarinato, glicolato, estearato,lactato, malato, tartrato, citrato, ascorbato, glutamato,benzoato, salicilato, metanosulfonato, toluenosulfonato, emisturas destes, R sendo conforme acima. Outros exemplosincluem quinonas substituídas aqui denotadas [Q-(O)-SO3] e[Q-(O)-PO3R], onde Q representa uma quinona, tal comoantraquinona, naftoquinona ou benzoquinona, (0) denota umoxigênio opcional (por exemplo, sulfato/sulfonato efosfato/fosfanato), e R sendo conforme acima.A liquid with suitable physical properties may comprise one or a mixture of two or more partially organic salts of salt in combination with neutral cosolvents, of which water is preferred. It may also comprise anions and cations which alone do not form adequate properties. At least partially organic salt may be formed from various combinations of cations and anions, among which one type of ion is organic. The ions are preferably monovalent. Examples of cations include 1-alkyl-3-methyl imidazolium, 1-butyl-3-methyl imidazolium [BMIM], 1-ethyl-3-methyl imidazolium [EMIM], 1,2,3-trimethylimidazolium, N-alkylpyridinium, N- butyl pyridinium [BPY], pyrrolidinium, guanidinium and alkyl guanidinium, isouronium, PR4 +, NR4 +, SR3 "1", tetramethylammonium, choline, cocomonium, and mixtures thereof, R being independently independently of each other, optionally alkyl, alkenyl or substituted aryl , or hydrogen. Other examples include substituted quinones denoted herein [Q-NR3 +] and [Q-PR3 +], where Q represents a quinone such as anthraquinone, naphthoquinone or benzoquinone, and R as described above. Examples of anions include hexafluorophosphate [HFP], tetrafluorborate [TBF], fluororsulfonate, hexafluorantimonate hexafluorarsenate, chloraluminate, bromoaluminate, bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, tris (trifluoromethylsulfonyl) methoxy, tricyomethanesulfonate, 2,2-trichloromethane, trifluoroethanesulfonate, nitrate, sulfate, RPO42 ", R2PO4-, R2PO2" (for example a dialkylphosphinate), perchlorate, acetate, alkylsulfonate, bis (2-ethylhexyl) sodiumsulfosuccinate, diethylene glycolmonomethyletersulfate, alkyloligoetersulfate, pylate succinate, pivalate succinate, pivalate succinate glycolate, stearate, lactate, malate, tartrate, citrate, ascorbate, glutamate, benzoate, salicylate, methanesulfonate, toluenesulfonate, mixtures thereof, R as above. Other examples include substituted quinones denoted herein [Q- (O) -SO3] and [Q- (O) -PO3R], where Q represents a quinone such as anthraquinone, naphthoquinone or benzoquinone, (0) denotes an optional oxygen (e.g. sulfate / sulfonate ephosphate / phosphate), and R being as above.

No caso, qualquer cátion ou ânion compreende um oumais grupos alquil, alquenil ou aril opcionalmentesubstituído, sendo preferido que estes gruposindependentemente uns dos outros, têm de 1 a 12 átomos decarbono, mais preferivelmente de 1 a 8 átomos de carbono.In this case, any cation or anion comprises one or more optionally substituted alkyl, alkenyl or aryl groups, it being preferred that these groups independently of each other have from 1 to 12 carbon atoms, more preferably from 1 to 8 carbon atoms.

Se de mais do que um tal grupo está presente, eles sãopreferivelmente de comprimento de cadeia misturado. Osgrupos alquil, alquenil e aril podem também seremsubstituídos, por exemplo, com um ou mais grupo hidroxil.If more than one such group is present, they are preferably of mixed chain length. Alkyl, alkenyl and aryl groups may also be substituted, for example, with one or more hydroxyl groups.

Exemplos de sais úteis para a presente invençãoincluem qualquer combinação dos seguintes cátions: [1,3-dialquil imidazolium], [trialquilamônio],[tetraalquilamônio], [trialquilfosfônio] ,[tetraalquilfosfônio], [alquilpiridinium], [colina], [Q-NR3+] e [Q—PR3+ ] , em combinação com qualquer dos seguintesânions; [sulfato], [fosfato], [alquil sulfato], [alquilsulfonato], [dialquil fosfato], [alquil fosfonato], [Q-(O)-SO3] e [Q-(O)-PO3R], onde Q, (0) e R são conforme definidosacima.Examples of salts useful for the present invention include any combination of the following cations: [1,3-dialkyl imidazolium], [trialkylammonium], [trialkylammonium], [trialkylphosphonium], [tetraalkylphosphonium], [alkylpyridinium], [choline], [Q- NR3 +] and [Q — PR3 +], in combination with any of the following anions; [sulfate], [phosphate], [alkyl sulfate], [alkyl sulfonate], [dialkyl phosphate], [alkyl phosphonate], [Q- (O) -SO3] and [Q- (O) -PO3R], where Q, (0) and R are as defined above.

Combinações especificas de grupos incluem [1,3—dialquil imidazolium] [alquil sulfonato], tais comoqualquer um de [1-butil-3-metil imidazolium] [metil-S03~] ,[l-etil-3-metil imidazolium][etil sulfonato], [l-hexil-3-metil imidazolium][tisolato], [l-butil-3-metilimidazolium][antraquinona-2-sulfonato] ou [1-butil-3-metilimidazolium][5-terc-amil-naftoquinona-2-sulfonato];[tetraalquilamônio] [Q-(0)-SO3] , tais como qualquer um de[metil, trietil amônio], [5-terc-amil-naftoquinona-2-sulfonato], [metil, di-etil, butil amônio][antraquinona-2-sulfonato] ou [colina][5-amil-benzoquinona-2-sulfonato]; ou[Q-NR3+] [alquil sulfonato], tais como [ 5, 6, 7, 8-tetrahidroantraquinona-2-aminium, N,N,N-(metil,dietil)] [metilsulfonato]; [ tetraalquilfosfonio]dialquilfosfato], tais como qualquer de [etil tributilfosfonio][dietil fosfato], [fenil trietilfosfonio][diisobutil fosfato].Specific combinations of groups include [1,3-dialkyl imidazolium] [alkyl sulfonate], such as any of [1-butyl-3-methyl imidazolium] [methyl-SO 3 ~], [1-ethyl-3-methyl imidazolium] [ ethyl sulfonate], [1-hexyl-3-methyl imidazolium] [thisolate], [1-butyl-3-methylimidazolium] [anthraquinone-2-sulfonate] or [1-butyl-3-methylimidazolium] [5-tert-amyl [naphthoquinone-2-sulfonate]; [tetraalkylammonium] [Q- (O) -SO 3], such as any of [methyl, triethyl ammonium], [5-tert-amyl-naphthoquinone-2-sulfonate], [methyl, di-ethyl, butyl ammonium] [anthraquinone-2-sulfonate] or [choline] [5-amyl-benzoquinone-2-sulfonate]; or [Q-NR 3+] [alkyl sulfonate] such as [5,6,7,8-tetrahydroanthraquinone-2-aminium, N, N, N- (methyl, diethyl)] [methylsulfonate]; [tetraalkylphosphonium] dialkylphosphate], such as any of [ethyl tributylphosphonium] [diethyl phosphate], [phenyl triethylphosphonium] [diisobutyl phosphate].

Não estando ligado às combinações especificas degrupos, uma multiplicidade de combinações são possiveis,tais como um de [triisobutil(metil) fosfonio][tisolato],[trihexil(tetradecil)fosfonio][bis 2,4, 4,-trimetilfenilfosfinato] [tetrabutilamônio][metanosulfonato][l-etil-3-metil imidazolium][HFP], [tripentil sulfônio][dipentil,benzil amônio], [benzoquinona-2-aminium-N,N.N-dietil,fenil][5,6,7,8-tetrahidro-9,10-antraquinona-2-sulfonato],[colina] [5-etoxi-l,4-naftoquinona-6-sulfato], [N-propil-piridinium][sacarinato].Not being bound to group-specific combinations, a multiplicity of combinations are possible, such as one of [triisobutyl (methyl) phosphonium] [thisolate], [trihexyl (tetradecyl) phosphonium] [bis 2,4,4,4-trimethylphenylphosphinate] [tetrabutylammonium] ] [methanesulfonate] [1-ethyl-3-methyl imidazolium] [HFP], [tripentyl sulfonium] [dipentyl, benzyl ammonium], [benzoquinone-2-aminium-N, NN-diethyl, phenyl] [5,6,7 , 8-Tetrahydro-9,10-anthraquinone-2-sulfonate], [choline] [5-ethoxy-1,4-naphthoquinone-6-sulfate], [N-propyl-pyridinium] [saccharate].

Em adição aqueles acima mencionados, também outrostipos de liquidos iônicos ou sais comercialmentedisponíveis ou, de outro modo, conhecidos, tendo taispropriedades em combinação com um co-solvente, podem serusados.In addition to those mentioned above, other types of ionic liquids or commercially available or otherwise known salts having such properties in combination with a co-solvent may be used.

Pode ser possivel usar-se um sal onde pelo menos umdos ions também funciona como um mediador que é reagido nocatodo a uma forma reduzida e, desse modo, precipita noprocesso ciclico para geração de peróxido de hidrogênio.Neste caso, o mediador usado pode parcialmente outotalmente consistir de ions a partir de um tal sal.Exemplos incluem sais compreendendo um cátion ou um ânionde uma quinona substituída ou um derivado de nicotinamida,tal como aquele mencionado acima.It may be possible to use a salt where at least one of the ions also acts as a mediator that is reacted nocatode to a reduced form and thereby precipitates the cyclic process for hydrogen peroxide generation. In this case, the mediator used may partially be completely may consist of ions from such a salt. Examples include salts comprising a cation or anion of a substituted quinone or a nicotinamide derivative such as that mentioned above.

O uso de um sal pelo menos parcialmente orgânico,conforme acima descrito, na fase continua do eletrólito,envolve as vantagens de combinar alta solubilidade demediadores orgânicos similares a quinonas com boacondutividade elétrica. Outra vantagem é a inflamabilidademuito baixa que permite que a reação com oxigênio sejaefetuada seguramente em concentrações mais altas deoxigênio, e temperatura mais alta do que seria o caso desolventes inflamávies convencionais. É também fácil separarperóxido de hidrogênio a partir deste, por exemplo, porevaporação e extração, e, desse modo, obtendo-se peróxidode hidrogênio ou de alta pureza, ou em uma mistura com umcomposto selecionado para processamento adicional, porexemplo, água. Outro exemplo é uma mistura de peróxido demetanol/hidrogênio para uso como reagente em uma reação deepoxidação. O uso de liquidos iônicos para formar um meioadequado para efetuar reações envolvendo peróxido dehidrogênio foi revelado em B. Chhikara et al. em "Oxidaçãode álcoois com peróxido de hidrogênio catalisado por umnovo complexo de fosfotungstato baseado em ion imidazoliumem liquido iônico", Journal of Catalysis 230 (2005, 436-439).The use of at least partially organic salt, as described above, in the continuous phase of the electrolyte involves the advantages of combining high solubility of quinone-like organic mediators with electrical good conductivity. Another advantage is the very low flammability that allows the reaction with oxygen to be safely carried out at higher oxygen concentrations, and higher temperature than would be the case with conventional flammable solvents. It is also easy to separate hydrogen peroxide from it, for example by evaporation and extraction, and thereby obtaining high purity or hydrogen peroxide, or in a mixture with a compound selected for further processing, for example water. Another example is a methanol / hydrogen peroxide mixture for use as a reagent in a oxidation reaction. The use of ionic liquids to form a suitable means for effecting reactions involving hydrogen peroxide has been disclosed in B. Chhikara et al. in "Oxidation of alcohols with hydrogen peroxide catalyzed by a new ion imidazolium-based phosphotungstate complex in ionic liquid", Journal of Catalysis 230 (2005, 436-439).

O católito compreende adicionalmente um ou mais ácidosorgânicos ou minerais similares a ácido fórmico, ácidoacético, ácido monocloro acético, ácido benzóico, ácidossulfônicos, ácidos fosfóricos, ácido nitrico, ácidosulfúrico, ácido hidroclórico, ácido hidrobrômico, ácidoperclórico, ou ácido fosfórico.The catholyte further comprises one or more mineral acids or minerals similar to formic acid, acetic acid, monochloric acetic acid, benzoic acid, sulfonic acids, phosphoric acids, nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, perchloric acid, or phosphoric acid.

O católito pode também compreender outros componentes.Por exemplo, uma fase liquida continua predominantementeorgânica pode compreender um co-solvente neutro conformemencionado anteriormente, preferivelmente água. Aquantidade de co-solvente neutro é preferivelmente atécerca de 50 peso%, mais pref erivelmente de cerca de 1 acerca de 20 peso%. Um teor particularmente preferido de co-solvente pode, por exemplo, ser de cerca de 1 peso% a cercade 5 peso%, ou de cerca de 5 a cerca de 10 peso%. Exemplosde outros aditivos opcionais incluem estabilizadores deperóxido de hidrogênio, emulsificadores, inibidores decorrosão, agentes anti-espumantes, tampões,intensificadores de condutividade, redutores deviscosidade, etc. Exemplos de estabilizadores de peróxidode hidrogênio incluem aqueles comumente usados, tais comoácido fosfórico, agentes de complexação baseados em ácidofosfórico, colóides protetores similares a estanato demetal alcalino e purificadores de radical similares apiridina ácidos carboxilicos. Exemplos de agentes decomplexação baseados em ácido fosfórico incluem 1-hidroxietilideno-1,1-ácido difosfórico, 1-aminoetano-l,1-ácido difosfórico, aminotri (ácido metilenofosfônico) ,etileno diamina tetra (ácido metilenofosfônico),hexametileno diamina tetra (ácido metilenofosfônico),dietilenotriamina penta (ácido metilenofosfônico) ,dietilenotriamina hexa (ácido metilenofosfônico) , 1-aminoalcanato-1,1-ácidos difosfônicos (tais comomorfolinometano ácido difosfórico, N,N-dimetil aminodimetilácido difosfônico, aminometil ácido difosfônico), produtosde reação e sais destes, preferivelmente sais de sódio.The catholyte may also comprise other components. For example, a predominantly organic continuous liquid phase may comprise a neutral co-solvent as mentioned above, preferably water. The amount of neutral co-solvent is preferably up to about 50 weight%, more preferably about 1 to about 20 weight%. A particularly preferred co-solvent content may, for example, be from about 1 weight% to about 5 weight%, or from about 5 to about 10 weight%. Examples of other optional additives include hydrogen peroxide stabilizers, emulsifiers, corrosion inhibitors, defoamers, buffers, conductivity enhancers, viscosity reducers, etc. Examples of hydrogen peroxide stabilizers include those commonly used, such as phosphoric acid, phosphoric acid-based complexing agents, alkali demetal stannate-like protective colloids, and similar pyridine carboxylic acid radical purifiers. Examples of phosphoric acid-based decomplexing agents include 1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphoric acid, 1-aminoethane-1,1-diphosphoric acid, aminotri (methylenephosphonic acid), ethylene diamine tetra (methylenephosphonic acid), hexamethylene diamine tetra (acid methylenophosphonic acid), diethylenetriamine penta (methylenephosphonic acid), diethylenetriamine hexa (methylenephosphonic acid), 1-aminoalcanate-1,1-diphosphonic acids (such as commorpholinomethane diphosphoric acid, N, N-dimethyl aminodimethyl acid diphosphonic acid, diphosphonic acid products) of these, preferably sodium salts.

É preferido que a fase liquida pelo menos parcialmenteorgânica tenha uma viscosidade em condições de operaçãoabaixo de cerca de 100 mPas, mais preferivelmente abaixo decerca de 30 mPas, e mais preferivelmente abaixo de cerca de10 mPas. Adicionalmente, devido aos riscos inerentes demanuseio de peróxido de hidrogênio substancialmente puro, oproduto recuperado é preferivelmente uma mistura deperóxido de hidrogênio com água ou álcoois molecularesbaixos, por exemplo, metanol. A pressão parcial a IOO0C doscomponentes liquidos que não formam parte da mistura deproduto deve pref erivelmente ser abaixo de 10 kPa, maispreferivelmente abaixo de cerca de 1 kPa, maispreferivelmente abaixo de 0,1 kPa.It is preferred that the at least partially organic liquid phase has a viscosity under operating conditions below about 100 mPas, more preferably below about 30 mPas, and more preferably below about 10 mPas. Additionally, due to the inherent risks of handling substantially pure hydrogen peroxide, the recovered product is preferably a mixture of hydrogen peroxide with water or low molecular alcohols, for example methanol. The partial pressure at 100 ° C of the liquid components not forming part of the product mixture should preferably be below 10 kPa, more preferably below about 1 kPa, more preferably below 0.1 kPa.

A célula eletroquimica pode compreender somente umcompartimento para o anodo e um para o catodo, oucompreender adicionalmente um ou vários compartimentosentre eles, por exemplo, uma pilha de eletrodiálise quefaça com que qualquer eletrodiálise conhecida sejarealizada. Os meios para separar os compartimentos podemser uma barreira física não-seletiva, por exemplo, umamembrana porosa ou diafragma, ou pode ser seletivamentepermeável para certas espécies, tais como cátions ouânions. Também uma combinação de membranas pode ser usada,tais como membranas bipolares que capacitam à divisão deágua em prótons e íons hidróxido. Barreiras não-seletivaspodem, por exemplo, serem produzidas de asbestos,cerâmicas, vidro, poliolefinas, PTFE, PVC, etc. Membranasseletivas de cátion podem, por exemplo, serem produzidas apartir de polímeros orgânicos, tais como PTFE,poliestireno, estireno/divinilbenzeno, ouvinilpiridina/divinilbenzeno modificado com grupos ácidossimilares a sulfonato, carboxilato ou fosfonato. Membranasseletivas de ânion podem, por exemplo, serem produzidas apartir de polímeros orgânicos, tais como PTFE,poliestireno, estireno/divinilbenzeno, ouvinilpiridina/divinilbenzeno modificado com grupos básicossimilares a amônia quaternária. Uma membrana bipolar podecompreender uma membrana permeável a ânion e uma membranapermeável a cátion laminadas juntas, opcionalmente com umacamada de catalisador entre elas. As membranas seletivas deíon e bipolares são comercialmente disponíveis, porexemplo, sob as marcas comerciais Naflon®, Flemium™,Neosepta bipolar®.O eletrólito no compartimento de catodo pode conteruma, duas ou mais fases líquidas. Em um sistema de faselíquida simples, existe somente uma fase de eletrólitolíquida predominantemente orgânica, ou uma fase deeletrólito líquida predominantemente aquosa. Em um sistemacom duas fases líquidas, as fases não-contínuas podem seremulsifiçadas ou simplesmente misturadas na fase líquidacontínua. Se existem mais do que uma fase líquida simples,os componentes no eletrólito estarão distribuídos entre asfases dependendo de suas propriedades de solubilidade. Emadição à fase líquida ou fases, gás e/ou sólidos podemestar presentes.The electrochemical cell may comprise only one anode compartment and one cathode compartment, or additionally comprise one or more compartments therebetween, for example, an electrodialysis stack that causes any known electrodialysis to be performed. The means for separating the compartments may be a non-selective physical barrier, for example a porous membrane or diaphragm, or may be selectively permeable to certain species, such as cations or anions. Also a combination of membranes can be used, such as bipolar membranes that enable the division of water into protons and hydroxide ions. Non-selective barriers can, for example, be produced from asbestos, ceramics, glass, polyolefins, PTFE, PVC, etc. Cation-selective membranes may, for example, be produced from organic polymers such as PTFE, polystyrene, styrene / divinylbenzene, modified vinylpyridine / divinylbenzene with sulfonate, carboxylate or phosphonate-like acid groups. Anion-selective membranes may, for example, be produced from organic polymers, such as PTFE, polystyrene, styrene / divinylbenzene, audiinpyridine / divinylbenzene modified with quaternary ammonium basic groups. A bipolar membrane may comprise an anion permeable membrane and a cation permeable membrane laminated together, optionally with a catalyst layer therebetween. Deion and bipolar selective membranes are commercially available, for example, under the trademarks Naflon®, Flemium ™, Neosepta bipolar®. The cathode compartment electrolyte may contain one, two or more liquid phases. In a simple phaseliquid system, there is only one predominantly organic electrolyte-liquid phase, or one predominantly aqueous liquid electrolyte phase. In a system with two liquid phases, non-continuous phases may be pulsed or simply mixed into the continuous liquid phase. If there is more than one simple liquid phase, the components in the electrolyte will be distributed between phases depending on their solubility properties. Liquid phase or gas, or solid solids may be present.

No compartimento do catodo, a temperatura e a pressãopodem ser as mesmas ou diferentes do compartimento deanodo, e são preferivelmente ajustadas de modo que ocatólito seja líquido. Uma alta temperatura favorece abaixa viscosidade, alta condutividade elétrica e altastaxas de transferência de massa, enquanto uma baixatemperatura favorece a estabilidade de peróxido dehidrogênio e componentes no eletrólito. Normalmente atemperatura é preferivelmente de cerca de 0 a cerca de200°C, mais preferivelmente de cerca de 40 a cerca de150°C, mais preferivelmente de cerca de 60 a cerca de100°C. Δ pressão é pref erivelmente de cerca de 10 a cercade 30000 kPa, mais pref erivelmente de cerca de 80 a cercade 2000 kPa, mais pref erivelmente de cerca de 100 a cercade 800 kPa.A reação das uma ou mais formas reduzidas do mediadore oxigênio para produzir peróxido de hidrogênio podeocorrer dentro da célula, ou em um vaso separado, ou comouma combinação dos dois, resultando na formação de peróxidode hidrogênio no católito e na reformação do mediador paratomar parte em outro ciclo de reação. Normalmente oxigêniomolecular é adicionado ao eletrólito compreendendo mediadorreduzido, mas parte dele pode vir do oxigênio gerado nasreações anódicas, e transportada através do eletrólito nacélula, opcionalmente via uma membrana, ou ser isolado comocorrente separada, e re-introduzido na célula. O oxigêniomolecular pode ser adicionado dissolvido em um liquido, ouna forma de qualquer gás contendo oxigênio, tal como ar, arenriquecido de oxigênio, ou oxigênio substancialmente puro.In the cathode compartment, the temperature and pressure may be the same or different from the anode compartment, and are preferably adjusted so that the catholyte is liquid. A high temperature favors low viscosity, high electrical conductivity and high mass transfer rates, while a low temperature favors the stability of hydrogen peroxide and electrolyte components. Usually the temperature is preferably from about 0 to about 200 ° C, more preferably from about 40 to about 150 ° C, more preferably from about 60 to about 100 ° C. The pressure is preferably from about 10 to about 30000 kPa, more preferably from about 80 to about 2000 kPa, more preferably from about 100 to about 800 kPa. The reaction of one or more reduced forms of the oxygen mediator to Producing hydrogen peroxide may occur within the cell, or in a separate vessel, or a combination of the two, resulting in the formation of hydrogen peroxide in the catholyte and reformation of the mediator to part in another reaction cycle. Normally molecular oxygen is added to the electrolyte comprising reduced media, but part of it may come from the oxygen generated in the anodic reactions, and transported through the cell electrolyte, optionally via a membrane, or be isolated as a separate current, and re-introduced into the cell. Molecular oxygen may be added dissolved in a liquid, or in the form of any oxygen-containing gas, such as air, oxygen enriched, or substantially pure oxygen.

A adição de pelo menos parte do oxigênio como um gásdiretamente na célula envolve a vantagem de aperfeiçoar aagitação, e pode também criar uma elevação de gás paratransporte de eletrólito fora da célula, contribuindoalternativamente para retirar peróxido de hidrogênio apartir do eletrólito. A adição de oxigênio diretamente nacélula pode fazer com que o ciclo catalitico total domediador seja completado no interior da célula, eliminandosubstancialmente a necessidade de retirada de uma correntecompreendendo uma forma reduzida do mediador, e alimentandouma corrente compreendendo um mediador. As reações paraproduzir peróxido de hidrogênio são facilitadas pelapresença de prótons que podem se originar a partir dequalquer fonte disponível, tal como água, hidroquinona,prótons gerados no anodo, e qualquer ácido que tenha sidoadicionado ao eletrólito. Se a reação com oxigênio ocorreem um vaso separado, as condições similares à temperatura,pressão, etc, podem ser as mesmas ou diferentes daquelasque prevalecem na célula. A temperatura é preferivelmenteambiente, por exemplo, cerca de 20°, a um limite superiordeterminado, ou pela inflamabilidade do solvente, ou pelaestabilidade do peróxido de hidrogênio, por exemplo, atécerca de 70°C. A pressão é preferivelmente de cerca deatmosférica até cerca de 5 barg. Geralmente é preferidousar uma coluna de bolha, ou acondicionada ou com placas depeneira. Preferivelmente gás contendo oxigênio é alimentadono fundo, e o liquido flui ou ascendentemente oudescendentemente.Adding at least part of oxygen as a gas directly into the cell has the advantage of optimizing agitation, and can also create a gas lift for electrolyte transport outside the cell, alternatively contributing to the removal of hydrogen peroxide from the electrolyte. The addition of oxygen directly to the cell can cause the total catalytic cycling cycle to be completed within the cell, substantially eliminating the need for withdrawal of a chain comprising a reduced form of the mediator, and feeding a current comprising a mediator. Reactions to produce hydrogen peroxide are facilitated by the presence of protons that can originate from any available source, such as water, hydroquinone, anode-generated protons, and any acid that has been added to the electrolyte. If the reaction with oxygen occurs in a separate vessel, conditions similar to temperature, pressure, etc. may be the same or different from those prevailing in the cell. The temperature is preferably ambient, for example, about 20 °, at a super-determined limit, either by solvent flammability or by hydrogen peroxide stability, for example, up to about 70 ° C. The pressure is preferably from about thermospherical to about 5 barg. It is generally preferred to use a bubble column, either packed or with plaques. Preferably oxygen-containing gas is fed deep, and the liquid flows either upwardly or downwardly.

Vários métodos podem ser usados para separação deperóxido de hidrogênio a partir do eletrólito, tal comoevaporação, extração, ou tecnologias baseadas em membrana.A separação pode ocorrer na célula, em equipamento separadodo qual o eletrólito remanescente é reciclado de volta paraa célula, ou uma combinação destes.Several methods can be used to separate hydrogen peroxide from the electrolyte, such as evaporation, extraction, or membrane-based technologies. Separation can occur in the cell, in separate equipment where the remaining electrolyte is recycled back to the cell, or a combination. of these.

Em uma concretização, o peróxido de hidrogênio éevaporado a partir de uma fase predominantemente orgânica,preferivelmente junto com água e opcionalmente outrassubstâncias voláteis que podem estar presentes. Aevaporação pode ser efetuada diretamente a partir dacélula, ou a partir de um vaso separado, por exemplo, porretirada com qualquer gás, por exemplo, oxigênio, ar ounitrogênio, ou por destilação a pressão atmosférica ou sub-atmosférica. Uma pressão de vapor baixa do sal pelo menosparcialmente orgânico e outras espécies orgânicasopcionalmente presentes no eletrólito e não formando parteda mistura de produto desejada, facilita o uso de técnicasde evaporação para separação de peróxido de hidrogênio.In one embodiment, hydrogen peroxide is evaporated from a predominantly organic phase, preferably together with water and optionally other volatile substances that may be present. Evaporation may be effected directly from the cell, or from a separate vessel, for example, removed with any gas, for example oxygen, air or nitrogen, or by distillation at atmospheric or sub-atmospheric pressure. A low vapor pressure of at least partially organic salt and other organic species optionally present in the electrolyte and not forming the desired product mixture facilitates the use of evaporation techniques for hydrogen peroxide separation.

Nesta concretização é possível obter-se um peróxido dehidrogênio contendo a corrente de produto de alta purezasem etapas de purificação extensivas.In this embodiment, a hydrogen peroxide containing the high purity product stream can be obtained in extensive purification steps.

Em outra concretização, o peróxido de hidrogênio éextraído a partir da fase líquida predominantementeorgânica por qualquer solvente adequado, tal como água oumetanol. Todas as tecnologias de extração comumente usadaspodem ser usadas, tais como um ou vários misturadores-assentadores, colunas de placa de peneira, colunas de leitoacondicionadas. Se um eletrólito também compreendendo umafase predominantemente aquosa é usado, peróxido dehidrogênio será automaticamente enriquecido nesta fase, quepode ser retirado como um produto, alternativamente sersubmetido à destilação, ou outro tipo de purificação, ereciclado de volta para a célula.In another embodiment, hydrogen peroxide is extracted from the predominantly organic liquid phase by any suitable solvent, such as water or methanol. All commonly used extraction technologies can be used, such as one or more mixer-settlers, sieve plate columns, packed bed columns. If an electrolyte also comprising a predominantly aqueous phase is used, hydrogen peroxide will be automatically enriched at this stage, which may be withdrawn as a product, alternatively subjected to distillation, or other purification, and recycled back to the cell.

Em uma concretização adicional, separação baseada emmembrana é usada. Exemplos de tais processos incluemextração de membrana, pervaporização e nanofiltração.In a further embodiment, membrane based separation is used. Examples of such processes include membrane extraction, pervaporization and nanofiltration.

Em ainda outra concretização, o mediador e suas formasreduzidas são dissolvidos em uma fase predominantementeaquosa. Se também a oxidação das formas reduzidas domediador ocorre na fase predominantemente aquosa, operóxido de hidrogênio pode ser separado por, por exemplo,destilação. Outra opção é manter a fase predominantementeaquosa livre de oxigênio, e separada, por exemplo, porextração, as formas reduzidas do mediador em uma fasepredominantemente orgânica, em seguida, efetuar a oxidação.In yet another embodiment, the mediator and its reduced forms are dissolved in a predominantly aqueous phase. If oxidation of the reducing domesters also occurs in the predominantly aqueous phase, hydrogen operoxide may be separated by, for example, distillation. Another option is to keep the predominantly aqueous phase free of oxygen, and separate, for example by extraction, the reduced forms of the mediator into a predominantly organic phase, then effect oxidation.

Em ainda uma outra concretização, peróxido dehidrogênio não é retirado a partir do eletrólito, mas éusado diretamente como um reagente na produção de outrosquímicos. 0 eletrólito que permanece após tais reaçõespode, em seguida, ser reciclado para a célula.In yet another embodiment, hydrogen peroxide is not withdrawn from the electrolyte, but is directly used as a reagent in the production of other chemicals. The electrolyte that remains after such reactions can then be recycled to the cell.

A produção de peróxido de hidrogênio é preferivelmenteoperada continuamente, ou com eletrólito que flui atravésda célula, ou por separação continuamente de peróxido dehidrogênio a partir do eletrólito na célula. É preferidoservir para agitação adequada, particularmente ao redor docatodo, por exemplo, por sopro de gás, agitação mecânica,circulação de eletrólito, ou combinações destes. O sopro degás é preferivelmente feito com oxigênio ou gás contendooxigênio, tal como ar. Em uma célula com um fluxoessencialmente vertical, o sopro de gás pode também criaruma elevação de gás que aumenta o transporte de eletrólitoatravés da célula alternativamente retirando peróxido dehidrogênio, opcionalmente junto com água, ou qualquer outrocomponente que seja volátil na temperatura e pressão deoperação.Hydrogen peroxide production is preferably operated continuously, either with electrolyte flowing through the cell, or by continuously separating hydrogen peroxide from the electrolyte in the cell. It is preferred to serve for proper agitation, particularly around the method, for example by gas blowing, mechanical agitation, electrolyte circulation, or combinations thereof. The blast is preferably made with oxygen or oxygen-containing gas, such as air. In a cell with a substantially vertical flow, the gas blow may also create a gas lift that increases electrolyte transport through the cell by alternatively removing hydrogen peroxide, optionally along with water, or any other component that is volatile in operating temperature and pressure.

De modo a evitar acúmulo prejudicial de impurezas dosquímicos de alimentação ou degradação de produtos formadosem reações laterais, pode, em alguns casos, serrecomendável drenar-se parte do eletrólito a partir dosistema, e/ou efetuar-se purificação com vários métodossimilares a eletrodiálise, adsorção, recristalização,precipitação, lavagem, troca de ion, evaporação, ouretirada, usando-se um gás transportador, regeneraçãoreativa com ácido/base ou etapas redutivas/oxidativas.In order to avoid detrimental accumulation of feed chemical impurities or degradation of side-formed products, it may in some cases be advisable to drain part of the electrolyte from the system, and / or to purify with various methods similar to electrodialysis, adsorption. , recrystallization, precipitation, washing, ion exchange, evaporation, orifice, using a carrier gas, reactive acid / base regeneration or reductive / oxidative steps.

Como o gás hidrogênio pode ser formado como uma reaçãolateral no catodo, pode ser apropriado incluir umanalisador de gás e um dispositivo para inundar com gásinerte.As hydrogen gas may be formed as a side reaction in the cathode, it may be appropriate to include a gas analyzer and a gas-flooding device.

A temperatura pode ser controlada por qualquer meioadequado, por exemplo, por trocadores de calor em qualquerfluxo apropriado. Arrefecimento também pode ser efetuadopor evaporação, por exemplo, na célula eletroquimica, econdensação subseqüente do vapor. Se arrefecimentoevaporativo é efetuado por água, pode ser apropriadoadicionar-se água especificamente para esta proposta.The temperature may be controlled by any suitable means, for example by heat exchangers in any appropriate flow. Cooling can also be effected by evaporation, for example in the electrochemical cell, and subsequent steam condensation. If evaporative cooling is performed by water, it may be appropriate to add water specifically for this purpose.

0 anodo pode ser produzido por qualquer materialadequado, por exemplo, titânio e liga de titânio. O anodo épreferivelmente revestido com, por exemplo, RUO2/T1O2,RuC>2/Ti02lr02. Particularmente preferido, os anodos são DAS™(anodo estável de dimensão).The anode may be made of any suitable material, for example titanium and titanium alloy. The anode is preferably coated with, for example, RUO2 / T1O2, RuC2 / Ti02102. Particularly preferred, the anodes are DAS ™ (stable size anode).

Vários tipos de catodo podem ser usados. É preferidoque o catodo seja produzido de um material que suprimereações parasiticas similares à evolução de hidrogênio,redução direta de oxigênio à água, e destruição do mediadororgânico, do liquido iônico ou do peróxido de hidrogênioformado. Em muitos casos é preferido usar-se um catodo comuma superfície hidrofóbica. Exemplos de materiais para ocatodo incluem materiais baseados em carbono similares adiamante dopado com boro, grafite, carbono vitreo, grafitepirolitico altamente orientado, carbono reticulado epolímeros condutivos. Exemplos de polímeros condutivosincluem poli(para)fenileno, polipirrole, politiofeno epolianilina. 0 polímero condutivo pode ser aplicado comouma película delgada, com uma espessura preferida de cercade 0,1 a cerca de 100 μιτι, em qualquer substrato adequado,tal como Pt ou aço inoxidável. A película de polímero podeser preparada por síntese química ou preferivelmente poreletrosíntese. Um exemplo específico é um catodo obtido poreletrosíntese de uma película de polipirrole em açoinoxidável. Outros exemplos de materiais de catodo incluemmetais similares a ferro, aço, chumbo, níquel, titânio ouplatina, ou óxidos de metal condutivos, tais como PbC>2,N1O2, Ti4O7, N1CO2 ou RuO2. Ainda outros exemplos incluemcatodos eletrocatalíticos de um material similar a titânioou liga de titânio revestida, totalmente ou parcialmente,paládio, ou enxertados com catalisadores paraantraquinonas.Various types of cathode may be used. It is preferred that the cathode is produced from a material that has parasitic supimerizations similar to hydrogen evolution, direct reduction of oxygen to water, and destruction of the organic mediator, ionic liquid or hydrogen peroxide formed. In many cases it is preferred to use a cathode with a hydrophobic surface. Examples of ocatode materials include boron-doped similarly carbon-based materials, graphite, vitreous carbon, highly oriented graphite pyrolytic, cross-linked carbon and conductive polymers. Examples of conductive polymers include poly (para) phenylene, polypyrrole, polythiophene and epolyaniline. The conductive polymer may be applied as a thin film, with a preferred thickness of from about 0.1 to about 100 μιτι, on any suitable substrate, such as Pt or stainless steel. The polymer film may be prepared by chemical synthesis or preferably by electro-synthesis. A specific example is a cathode obtained by electrosynthesis of a stainless steel polypyrrole film. Other examples of cathode materials include metals similar to iron, steel, lead, nickel, titanium or platinum, or conductive metal oxides such as PbC> 2, N1O2, Ti4O7, N1CO2 or RuO2. Still other examples include electrocatalytic cathodes of a titanium-like material or titanium alloy coated entirely or partially with palladium or grafted with para-anthraquinone catalysts.

0 catodo e o anodo podem ser produzidos em váriasformas geométricas e podem, por exemplo, tomarem a forma deuma chapa plana ou placa, uma superfície curvada, umasuperfície torcida, uma placa puncionada, uma tela de fiotecido, uma chapa de malha expandida, uma haste, ou umtubo. Contudo, o anodo e o catodo preferivelmente têm umaforma planar, mais preferivelmente na forma de uma chapa,malha ou placa.The cathode and anode may be produced in various geometrical shapes and may, for example, take the form of a flat plate or plate, a curved surface, a twisted surface, a punctured plate, a fisted mesh, an expanded mesh plate, a rod , or a tube. However, the anode and cathode preferably have a planar shape, more preferably in the form of a plate, mesh or plate.

Qualquer desenho de célula convencional pode serusado, preferivelmente com distância mais curta possívelentre o anodo e o catodo. Uma célula dividida pode, porexemplo, ser do tipo "folga zero", onde pelo menos um doseletrodos é prensado contra uma membrana que divide acélula.Any conventional cell design can be used, preferably as short as possible between the anode and cathode. A split cell may, for example, be of the "zero backlash" type, where at least one of the electrodes is pressed against a membrane that divides the cell.

Uma planta de produção típica inclui umamultiplicidade de células para alcançar a taxa de produçãodesejada. As células podem ser dispostas em um modomonopolar ou bipolar em um eletrolizador de acordo comqualquer desenho convencional.A typical production plant includes a multitude of cells to achieve the desired production rate. The cells may be arranged in a single-pole or bipolar mode on an electrolyzer according to any conventional design.

Algumas concretizações da invenção serão agoraadicionalmente descritas em conjunto com os desenhosesquemáticos em anexo. Contudo, o escopo da invenção não élimitado a estas reivindicações. A Figura 1 mostra umaconfiguração esquemática da parte de processo catódico,enquanto as Figuras 2, 3 e 4 mostram desenhos esquemáticosde várias células eletroquímicas.Some embodiments of the invention will now be further described in conjunction with the accompanying schematic drawings. However, the scope of the invention is not limited to these claims. Figure 1 shows a schematic configuration of the cathodic process part, while Figures 2, 3 and 4 show schematic drawings of various electrochemical cells.

Referindo-se à Figura 1, uma redução eletroquímica domediador ocorre em uma fase contínua predominantementeorgânica de um eletrólito em um compartimento de célula 1,que pode ser um compartimento de catodo ou uma célula decompartimento simples. Uma corrente de alimentação 14proporciona o compartimento de célula 1 com quaisquersubstâncias que são consumidas no processo, tal comooxigênio, ou retiradas em qualquer corrente de produto nãoreciclada, tal como água, ou um gás inerte similar anitrogênio. Se o oxigênio está presente, uma reação entre aforma reduzida ou formas do mediador e oxigênio a peróxidode hidrogênio ou peróxido de metal alcalino pode tambémocorrer no compartimento de célula 1. Se esta reaçãoprocede a uma extensão suficientemente grande, é suficienteremover o peróxido de hidrogênio junto com, por exemplo,água em uma corrente 6. Se a reação a peróxido dehidrogênio ou peróxido de metal alcalino é incompleta, oeletrólito é retirado, e a reação completada para aextensão desejada em um reator de oxidação 2 onde oxigênioadicional 15 pode ser suprido. Uma corrente resultante 7contém peróxido de hidrogênio, ou um peróxido de metalalcalino em uma ou várias formas, dependendo das condiçõesusadas, por exemplo, como um vapor, ou dissolvido em umafase liquida. Se ambas uma fase de gás e pelo menos umafase liquida estão presentes, elas são trazidas para umseparador de gás liquido 3 a partir do qual uma corrente degás 8 é trazida para um condensador 4. O produto deperóxido de hidrogênio 10 é retirado a partir docondensador 4, enquanto o gás remanescente 13, por exemplo,oxigênio, vapor, e outros componentes opcionais, é, oureciclado para qualquer ponto onde oxigênio pode ser usado,tal como o compartimento de célula 1, ou para o reator deoxidação 2, ou esgotado via 16. Uma corrente de liquido 9 apartir do separador 3 é reciclada para o compartimento decélula 1. Se a corrente de liquido 9 contém peróxido dehidrogênio, ela é primeiro trazida para um separador 5,que, por exemplo, pode ser uma unidade de extração, ou umaunidade de separação de membrana. Aqui a corrente 5 éseparada em uma corrente de produto 11 contendo peróxido dehidrogênio e uma corrente de reciclo 12 que compõe oeletrólito pelo menos parcialmente orgânico.Referring to Figure 1, a taming electrochemical reduction occurs in a predominantly continuous continuous phase of an electrolyte in a cell compartment 1, which may be a cathode compartment or a single-compartment cell. A feed stream 14 provides cell compartment 1 with any substances that are consumed in the process, such as oxygen, or withdrawn into any non-recycled product stream, such as water, or a similar inert nitrogen gas. If oxygen is present, a reaction between the reduced form or forms of the mediator and oxygen to hydrogen peroxide or alkali metal peroxide may also occur in cell compartment 1. If this reaction proceeds to a sufficiently large extent, it is sufficient to remove hydrogen peroxide along with for example, water in a stream 6. If the reaction to hydrogen peroxide or alkali metal peroxide is incomplete, the electrolyte is withdrawn, and the reaction completed to the desired extent in an oxidation reactor 2 where additional oxygen 15 may be supplied. A resulting stream 7 contains hydrogen peroxide, or alkali metal peroxide in one or more forms, depending on the conditions used, for example, as a vapor, or dissolved in a liquid phase. If both a gas phase and at least one liquid phase are present, they are brought into a liquid gas separator 3 from which a current from 8 is brought into a capacitor 4. Hydrogen peroxide product 10 is withdrawn from condenser 4 , while the remaining gas 13, for example oxygen, steam, and other optional components, is recycled to any point where oxygen may be used, such as cell compartment 1, or to the oxidation reactor 2, or exhausted via 16 A liquid stream 9 from separator 3 is recycled to cell compartment 1. If liquid stream 9 contains hydrogen peroxide, it is first brought to a separator 5, which, for example, may be an extraction unit, or a membrane separation unit. Here stream 5 is separated into a product stream 11 containing hydrogen peroxide and a recycle stream 12 that makes up the at least partially organic electrolyte.

As várias unidades ilustradas na Figura 1 podem sercombinadas em uma multiplicidade de modos. Por exemplo, ooxigênio pode ser introduzido no compartimento de célula 1em vários modos, por exemplo, separadamente, ou junto comqualquer alimentação de liquido ou corrente reciclada. Ooxigênio pode também ser introduzido em uma posição acimados eletrodos de modo a separar as reações eletroquimicas ea oxidação. O reator de oxidação 2 e o separador de gásliquido 3 podem ser combinados, por exemplo, pelo uso deuma coluna de bolha. Se as condições de operação sãoajustadas de modo que nenhum gás se forma, e somente umafase liquida é retirada a partir do compartimento de célula1, o separador de gás liquido 3 e o condensador 4 podem seromitidos.The various units illustrated in Figure 1 can be combined in a multitude of ways. For example, oxygen may be introduced into cell compartment 1 in a number of ways, for example separately, or together with any recycled liquid or stream feed. Oxygen may also be introduced at a position above the electrodes in order to separate electrochemical reactions and oxidation. Oxidation reactor 2 and liquid gas separator 3 may be combined, for example, by the use of a bubble column. If the operating conditions are adjusted so that no gas forms, and only one liquid phase is withdrawn from cell compartment 1, the liquid gas separator 3 and condenser 4 may be omitted.

Referindo-se à Figura 2, uma célula eletroquimica,operada de acordo com a invenção, compreende um anodo 21 emum compartimento de anodo 23, e um catodo 22 em umcompartimento de catodo 24. A célula pode tambémcompreender um compartimento intermediário 25 separado apartir dos compart imentos de anodo e catodo 23, 24 pormembranas seletivas de ion 26, 27. Em uma concretização, amembrana 26 é permeável a ânion, e a membrana 27 épermeável a cátion. Em outra concretização, ambas asmembranas 26, 27 são permeáveis a cátion. 0 compartimentode catodo 24 retém um católito compreendendo um mediadororgânico de acordo com a invenção. Gás contendo oxigênio éalimentado através da corrente de admissão 28 para ocompartimento de catodo 24, e uma corrente de descarga 29compreendendo peróxido de hidrogênio e/ou mediador reduzidoé trazida para uma unidade 30 onde processamento adicionalocorre. Tal processamento adicional pode incluir oxidaçãode mediador reduzido para obter peróxido de hidrogênio eseparação deste, resultando em uma corrente de produto 31compreendendo peróxido de hidrogênio e, opcionalmente,outras espécies, tal como água, que pode permanecer noproduto final, e outros que podem ser separados mais tarde,e uma corrente reciclada 32 compreendendo, por exemplo,católito com um mediador orgânico obtido por oxidação dasformas reduzidas deste. 0 compartimento de anodo 23 éalimentado com uma corrente de alimentação 33 que pode tervárias composições, dependendo das reações desejadas. Osanólitos, incluindo produtos de reação, são retirados emuma corrente de descarga 34 em um separador de produto 35do qual um produto 36 é retirado, e o eletrólitoremanescente 37 reciclado para o compartimento de anodo 23.Referring to Figure 2, an electrochemical cell operated in accordance with the invention comprises anode 21 in an anode compartment 23, and a cathode 22 in a cathode compartment 24. The cell may also comprise a separate intermediate compartment 25 from the compartments. anode and cathode elements 23, 24 ion selective membranes 26, 27. In one embodiment, membrane 26 is anion permeable, and membrane 27 is cation permeable. In another embodiment, both membranes 26, 27 are cation permeable. The cathode compartment 24 holds a catholyte comprising an organic mediator according to the invention. Oxygen-containing gas is fed through the inlet stream 28 to the cathode chamber 24, and a discharge stream 29 comprising hydrogen peroxide and / or reduced mediator is brought to a unit 30 where further processing takes place. Such further processing may include reduced oxidation of the mediator to obtain hydrogen peroxide and its separation, resulting in a product stream comprising hydrogen peroxide and, optionally, other species, such as water, which may remain in the final product, and others which may be further separated. later, and a recycled stream 32 comprising, for example, catholyte with an organic mediator obtained by oxidizing the reduced shapes thereof. The anode compartment 23 is fed with a feed stream 33 which may have various compositions, depending on the desired reactions. The anolytes, including reaction products, are withdrawn into a discharge stream 34 in a product separator 35 from which a product 36 is withdrawn, and the remaining electrolyte 37 recycled to the anode compartment 23.

0 compartimento intermediário 25 é alimentado através deuma corrente de admissão 38 com uma solução preferivelmenteaquosa, a composição da qual dependendo das reações totaisdesejadas. Uma corrente de descarga 39 a partir docompartimento intermediário 25 pode ser reciclada, ou usadaem qualquer outro modo.Se a célula da Figura 2 é usada em uma concretizaçãoonde a membrana 26 é seletiva de ânion, a membrana 27 éseletiva de cátion, e cloreto é reagido no anodo paraformar cloro que pode ser hidrolizado adicionalmente paraformar ácido hipocloroso e, finalmente, clorato, o anólitoé preferivelmente uma solução aquosa contendo NaCl, NaClO3,ou os sais de potássio correspondentes KCl ou KClO3, e,opcionalmente, um tampão tal como cromato, dicromato, ouqualquer outro sal adequado. Uma corrente de produto 34 deanólito é retirada e trazida para o separador de produto35, onde clorato de metal alcalino é cristalizado eretirado 36, enquanto o eletrólito remanescente é reciclado37 para o compartimento de anodo 23. É também possívelproporcionar uma unidade (não mostrada) para reaçõesadicionais para formar clorato na corrente de produtoretirada 34 antes da cristalização. Em uma opção, ocompartimento intermediário 39 é preferivelmente alimentadoatravés da corrente de admissão 38 com um solvente similara água contendo HCl ou NaCl, e íons cloretos sãotransferidos através da membrana seletiva de ânion 26 parao compartimento de anodo 23 onde eles são consumidos noanodo 21, para formar cloro em uma primeira etapa. Emseguida, Na+ ou K+ são alimentados para o compartimento decatodo 23 através da corrente de admissão 33, por exemplo,na forma de NaOH ou KOH. Em outra opção, o compartimentointermediário 25 é alimentado através da corrente deadmissão 38 com 0H~, por exemplo, como NaOH ou KOH, os íonshidróxidos serão transferidos através da membrana seletivade ânion 26, e ions cloretos são, em seguida, alimentadosatravés da corrente de admissão 33, por exemplo, como NaCl.Em quaisquer cátions de opção, normalmente Na+ ou H+ sãotransferidos a partir do compartimento intermediário 25através da membrana seletiva de cátion 27 no compartimentode catodo 24.Intermediate compartment 25 is fed through an inlet stream 38 with a preferably aqueous solution, the composition of which depending on the desired total reactions. A discharge stream 39 from intermediate compartment 25 may be recycled, or otherwise used. If the cell of Figure 2 is used in one embodiment where membrane 26 is anion selective, membrane 27 is cation selective, and chloride is reacted. at the chlorine-forming anode which may be further hydrolyzed to hypochlorous acid and finally chlorate, the anolyte is preferably an aqueous solution containing NaCl, NaClO3, or the corresponding potassium salts KCl or KClO3, and optionally a buffer such as chromate, dichromate , or any other suitable salt. An anolyte product stream 34 is withdrawn and brought to the product separator 35, where alkali metal chlorate is crystallized and withdrawn 36, while the remaining electrolyte is recycled37 to the anode compartment 23. It is also possible to provide a unit (not shown) for additional reactions. to form chlorate in the withdrawal stream 34 prior to crystallization. In one option, the intermediate compartment 39 is preferably fed through the inlet stream 38 with a water-like solvent containing HCl or NaCl, and chloride ions are transferred through the anion selective membrane 26 to the anode compartment 23 where they are consumed at anode 21, to form chlorine in a first step. Then, Na + or K + are fed into the decathode compartment 23 through the inlet stream 33, for example as NaOH or KOH. In another option, the intermediate compartment 25 is fed through the inlet stream 38 with 0H ~, for example as NaOH or KOH, the hydroxide ions will be transferred through the anion selectively membrane 26, and chloride ions are then fed through the inlet stream. 33, for example, as NaCl. In any optional cations, usually Na + or H + are transferred from the intermediate compartment 25 through the selective cation membrane 27 in the cathode compartment 24.

Referindo-se à Figura 3, uma célula eletroquimicaoperada de acordo com a invenção compreende um anodo 21 emum compartimento de anodo 23, e um catodo 22 em umcompartimento de catodo 24. Contudo, em contraste à célulada Figura 2, existe somente uma membrana de ion seletiva27, que preferivelmente é seletiva de cátion, e não existecompartimento intermediário. Em todos outros aspectos, acélula é idêntica à célula da Figura 2, a descrição da qualsendo referida.Referring to Figure 3, an electrochemical cell operated according to the invention comprises anode 21 in an anode compartment 23, and a cathode 22 in a cathode compartment 24. However, in contrast to the cell Figure 2, there is only one ion membrane selective27, which is preferably cation selective, and there is no intermediate compartment. In all other respects, the cell is identical to the cell of Figure 2, the description of which being referred to.

Se a célula da Figura 3 é provida com uma membranaseletiva de cátion 27, e é usada em uma concretização ondecloreto reage no anodo 21 para formar cloro que éhidrolizado adicionalmente para formar clorato, o anólito épreferivelmente uma solução aquosa compreendendo NaCl,NaClO3, ou os sais de potássio correspondentes KCl ou KClO3,e um tampão tal como cromato, ou qualquer outro saladequado. NaCl ou KCl é alimentado para o compartimento deanodo 23 através da corrente de admissão 33, enquantocátions, tais como Na+ ou H+, são transferidos através damembrana 27 no compartimento de catodo 24. De modo acompensar a perda de Na+ ou K+ através da membrana 27, eneutralizar H+ formado nas reações anódicas, pode serapropriado adicionar algum NaOH ou KOH em qualquer posiçãoadequada, por exemplo, à corrente de admissão 33 ou àcorrente reciclada 37. Em todos os aspectos, similar amanuseio do produto 34 e correntes de reciclo 37, aoperação é equivalente à concretização correspondenterealizada na célula da Figura 2, a descrição da qual sendoreferida.If the cell of Figure 3 is provided with a cation-membrane selectable membrane 27, and is used in one embodiment where chloride reacts on anode 21 to form chlorine which is further hydrolyzed to form chlorate, the anolyte is preferably an aqueous solution comprising NaCl, NaClO3, or salts. corresponding potassium salts KCl or KClO3, and a buffer such as chromate or any other suitable salt. NaCl or KCl is fed into the anode compartment 23 via the inlet stream 33, while such as Na + or H + are transferred through membrane 27 into the cathode compartment 24. In order to compensate for the loss of Na + or K + through the membrane 27, To neutralize H + formed in anodic reactions, it may be appropriate to add some NaOH or KOH at any suitable position, for example, to inlet stream 33 or recycled stream 37. In all respects, similar to product handling 34 and recycle streams 37, operation is equivalent to the corresponding embodiment in the cell of Figure 2, the description of which is referred to.

Referindo-se à Figura 4, uma célula eletroquímicaoperada de acordo com a invenção compreende um anodo 21 emum compartimento de anodo 23, e um catodo 22 em umcompartimento de catodo 24. Contudo, em contraste à célulada Figura 2, o compartimento intermediário é substituídopor uma membrana bipolar 4 0 que separa os compartimentos decélula 23, 24. A membrana bipolar 40 compreende umamembrana seletiva de ânion 26 e uma membrana seletiva decátion 27 laminadas em cada lado de uma camada decatalisador 45. Água a partir do anólito passa na camada decatalisador onde ela é dividida em prótrons que passam nocompartimento de catodo 24, e íons hidróxidos que passam nocompartimento de anodo 23. Em todos outros aspectos, acélula é idêntica àquelas das Figuras 2 e 3, as descriçõesdas quais sendo referidas.Referring to Figure 4, an electrochemical cell operated according to the invention comprises anode 21 in an anode compartment 23, and a cathode 22 in a cathode compartment 24. However, in contrast to the cell 2, the intermediate compartment is replaced by a bipolar membrane 40 separating cell compartments 23, 24. Bipolar membrane 40 comprises an anion selective membrane 26 and a decation selective membrane 27 laminated on either side of a decatalyst layer 45. Water from the anolyte passes into the decatalyst layer where it it is divided into protons that pass through the cathode compartment 24, and hydroxide ions that pass through the anode compartment 23. In all other respects, the cell is identical to those of Figures 2 and 3, the descriptions being referred to.

Se a célula da Figura 4 é usada em uma concretizaçãoonde cloreto reage no anodo 21 para formar cloro que éreagido adicionalmente para formar clorato, o anólito épreferivelmente uma solução aquosa compreendendo NaCl,NaC103, ou os sais de potássio correspondentes KCl ou KCIO3,e um tampão, tal como cromato, ou qualquer outro saladequado. NaCl ou KCl é alimentado para o compartimento deanodo 23 através da corrente de admissão 33. No interior damembrana bipolar, a água é dividida em prótons e ionshidróxidos. Os prótons se movem no compartimento de catodo34, e facilitam a oxidação de mediador reduzido para formarperóxido de hidrogênio, enquanto os ions hidróxidos semovem no compartimento de anodo 23, facilitando a hidrólisede cloro. Em outros aspectos, similares a manuseio deproduto 34 e correntes de reciclo 37, a operação éequivalente às concretizações correspondentes realizadas nacélula da Figura 2, a descrição da qual sendo referida.If the cell of Figure 4 is used in an embodiment where chloride reacts on anode 21 to form chlorine which is further reacted to form chlorate, the anolyte is preferably an aqueous solution comprising NaCl, NaC103, or the corresponding potassium salts KCl or KCIO3, and a buffer. , such as chromate, or any other suitable salt. NaCl or KCl is fed into the anode compartment 23 through the inlet stream 33. Inside the bipolar membrane, the water is divided into protons and hydroxides. Protons move in the cathode compartment34, and facilitate oxidation of reduced mediator to form hydrogen peroxide, while hydroxide ions move in the anode compartment 23, facilitating chlorine hydrolysis. In other respects, similar to product handling 34 and recycle streams 37, the operation is equivalent to the corresponding embodiments performed in the cell of Figure 2, the description of which being referred to.

Em todas as concretizações descritas nas Figuras 2-4,o processo catódico pode ser o mesmo, isto é, redução domediador no catodo 22, e transferência de cátions H+ ou Na+a partir do compartimento intermediário 25, ou a partir docompartimento de anodo 23 através da membrana seletiva decátion 27.In all embodiments described in Figures 2-4, the cathodic process may be the same, that is, domestic reduction in cathode 22, and transfer of H + or Na + cations from intermediate compartment 25, or from anode compartment 23 through the selective decation membrane 27.

A invenção será agora descrita através dos exemplosque se seguem. Se, de outro modo não citado, todas aspartes e percentagens se referem a partes e percentagenspor peso.The invention will now be described by the following examples. If not otherwise stated, all parts and percentages refer to parts and percentages by weight.

Exemplo 1:Example 1:

Uma solução contendo 50 ml do liquido iônico 1-butil-3-metil-imidazolium hexafluorfosfato [BMIM] [HFP] com 0,8 gde 2-etil-9,10-antraquinona (EAQ) foi derramada nocompartimento de catodo de um reator pequeno. Gásnitrogênio saturado com água foi purgado na solução por 30minutos para dissolver gases na solução, e para saturar asolução com água a um teor estimado de cerca de 3-5 peso%.A solution containing 50 ml of the 1-butyl-3-methyl-imidazolium hexafluorphosphate [BMIM] [HFP] ionic liquid with 0.8 g of 2-ethyl-9,10-anthraquinone (EAQ) was poured into the cathode compartment of a small reactor. . Water-saturated gas was purged in the solution for 30 minutes to dissolve gases in the solution, and to saturate the solution with water to an estimated content of about 3-5 weight%.

No topo da fase orgânica, uma fase aquosa de 40 ml de H2SO40,5M foi adicionada para suprir prótons. Um catodo de malhade platina circular com um diâmetro de 3 cm foi colocado nafase orgânica, e um anodo de malha de platina foi colocadoem um compartimento separado contendo 10 mM de soluçãoaquosa de NaOH. Os compartimentos de anodo e catodo foramseparados com uma membrana cerâmica não-seletiva(diafragma). 0 católito foi agitado por uma barra magnéticalocalizada na fase orgânica no compartimento de catodo.At the top of the organic phase, a 40 ml aqueous phase of 40.5 M H2SO4 was added to supply protons. A circular platinum mesh cathode with a diameter of 3 cm was placed in the organic phase, and a platinum mesh anode was placed in a separate compartment containing 10 mM aqueous NaOH solution. The anode and cathode compartments were separated with a non-selective ceramic membrane (diaphragm). The catholyte was stirred by a magnetic bar located in the organic phase in the cathode compartment.

Para manter rasto do potencial catódico, um eletrodo dereferência Calomel foi colocado no compartimento de catodopróximo ao catodo. 0 compartimento de catodo continha umasolução aquosa de 150 g/l de NaCl e 10 g/l de dicromato desódio. A uma temperatura de 68°C, uma corrente de 0,2A foicolocada entre o anodo e o catodo. Durante o experimento,umas poucas gotas de NaOH (IM) foram adicionadas ao anólitopara manter o pH entre 6 e 7. No compartimento de catodo,peróxido de hidrogênio foi gerado. No compartimento deanodo, cloreto foi oxidado a cloro, que eventualmenteformou clorato. Após 20 minutos, o experimento foiterminado, e uma eficiência de corrente para formação declorato foi calculada em 59%.To keep track of cathodic potential, a Calomel reference electrode was placed in the cathode compartment next to the cathode. The cathode compartment contained an aqueous solution of 150 g / l NaCl and 10 g / l desodium dichromate. At a temperature of 68 ° C, a current of 0.2A was placed between the anode and cathode. During the experiment, a few drops of NaOH (IM) were added to the anolyte to maintain the pH between 6 and 7. In the cathode compartment, hydrogen peroxide was generated. In the anode compartment, chloride was oxidized to chlorine, which eventually formed chlorate. After 20 minutes, the experiment was completed, and a current efficiency for declorate formation was calculated at 59%.

Claims (19)

1.- Processo para a produção de clorato de metalalcalino, caracterizado pelo fato de compreender:provisão de uma célula eletroquimica compreendendo umanodo e um catodo em compart imentos de anodo e catodoseparados;contato do catodo com um eletrólito compreendendo pelomenos um mediador orgânico e um ou mais ácidos orgânicos ouminerais;reação do mediador orgânico no catodo para formar pelomenos uma forma reduzida do mediador;reação da pelo menos uma forma reduzida do mediadorcom oxigênio, para formar peróxido de hidrogênio;contato do anodo com um anólito compreendendo cloretode metal alcalino;reação do cloreto no anodo para formar cloro que éhidrolizado; ereação do cloro hidrolizado para formar clorato.1. A process for the production of alkali metal chlorate, characterized in that it comprises: providing an electrochemical cell comprising anode and cathode in anode and cathode-separated compartments, cathode contact with an electrolyte comprising at least one organic mediator and one or more. more organic or mineral acids; reaction of the organic mediator in the cathode to form at least one reduced form of the mediator; reaction of at least one reduced form of the mediator with oxygen to form hydrogen peroxide; contact of the anode with an alkali metal chloride; chloride at the anode to form chlorine which is hydrolyzed; hydrolyzed chlorine to form chlorate. 2.- Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a concentração de ionscloretos no anólito é de cerca de 30 a cerca de 300 g/l,calculada como cloreto de sódio.2. A process according to claim 1 wherein the concentration of ionschlorides in the anolyte is from about 30 to about 300 g / l calculated as sodium chloride. 3.- Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1-2, caracterizado pelo fato de que o pH namassa do anólito é de cerca de 4 a cerca de 10.Process according to any one of claims 1-2, characterized in that the pH in the anolyte mass is from about 4 to about 10. 4.- Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1-3, caracterizado pelo fato de que a célulaeletroquimica compreende pelo menos um compartimento entreos compartimentos de anodo e catodo.4. A process according to any one of claims 1-3, characterized in that the electrochemical cell comprises at least one compartment between the anode and cathode compartments. 5.- Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1-4, caracterizado pelo fato de que omediador orgânico é selecionado a partir do grupoconsistindo de quinonas, flavoquinonas, derivados depiridina, e cetonas.A process according to any one of claims 1-4, characterized in that the organic mediator is selected from the group consisting of quinones, flavoquinones, depyridine derivatives, and ketones. 6.- Processo, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que o mediador orgânico éselecionado a partir do grupo consistindo de quinonascontendo uma porção de (benzo)quinona.6. A process according to claim 5 wherein the organic mediator is selected from the group consisting of quinones containing a (benzo) quinone moiety. 7.- Processo, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que o mediador orgânico éselecionado a partir do grupo consistindo de antraquinonas,tetrahidro antraquinonas, naftoquinonas, benzoquinonas ederivados destas.7. A process according to claim 6 wherein the organic mediator is selected from the group consisting of anthraquinones, tetrahydro anthraquinones, naphthoquinones, and their derived benzoquinones. 8.- Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1-7, caracterizado pelo fato de que o teorde mediador orgânico, incluindo as formas reduzidas, nocatólito, é pelo menos 1 peso%.8. A process according to any one of claims 1-7, characterized in that the organic mediator content, including the reduced forms, nocatolyte is at least 1 weight%. 9.- Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1-8, caracterizado pelo fato de que ocatólito compreende um sal pelo menos parcialmenteorgânico, compreendendo pelo menos um tipo de cátionorgânico e/ou ânion orgânico.9. A process according to any one of claims 1-8, characterized in that the catolite comprises at least partially organic salt, comprising at least one type of organic cation and / or organic anion. 10.- Processo, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que o teor do sal pelo menosparcialmente orgânico no católito é de cerca de 20 peso% acerca de 99 peso%.10. A process according to claim 9 wherein the at least partially organic salt content in the catholyte is about 20 weight% about 99 weight%. 11.- Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 9-10, caracterizado pelo fato de que o salpelo menos parcialmente orgânico está presente junto com umco-solvente neutro, e a razão de peso de sal para co-solvente é de cerca de 1:1 a cerca de 1000:1.11. A process according to any one of claims 9-10 characterized in that the less partially organic salt is present together with a neutral co-solvent, and the weight ratio of salt to co-solvent is about 1. : 1 to about 1000: 1. 12.- Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 9-11, caracterizado pelo fato de que o co-solvente neutro está presente no católito em uma quantidadeaté cerca de 50 peso%.12. A process according to any one of claims 9-11, characterized in that the neutral cosolvent is present in the catholyte in an amount of up to about 50 weight%. 13.- Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 9-12, caracterizado pelo fato de que o salpelo menos parcialmente orgânico que em si ou em combinaçãocom um co-solvente neutro, forma uma fase liquida a pressãoatmosférica abaixo de 130°C.13. A process according to any one of claims 9-12, characterized in that the less partially organic salt than itself or in combination with a neutral co-solvent forms a liquid phase at atmospheric pressure below 130 ° C. 14.- Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 9-13, caracterizado pelo fato de que o salpelo menos parcialmente orgânico a IOO0C tem uma pressãoparcial abaixo de cerca de 10 kPa.14. A process according to any one of claims 9-13, characterized in that the less partially organic salt at 100 ° C has a partial pressure below about 10 kPa. 15.- Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 9-14, caracterizado pelo fato de que o salpelo menos parcialmente orgânico compreende um cátionselecionado a partir do grupo consistindo de l-alquil-3-metil imidazolium, 1-butil-3-metil imidazolium [BMIM], 1-etil-3-metil imidazolium [EMIM], 1,2,3-trimetilimidazolium, N-alquilpiridinium, N-butil piridinium [BPY],pirrolidinium, guanidinium e alquil guanidinium,isouronium, PR4+, NR4+, SR3+, tetramet ilamônio, colina,cocomonium, e misturas destes, R sendo, independentementeum do outro, opcionalmente alquil, alquenil ou arilsubstituído, ou hidrogênio.15. A process according to any one of claims 9-14, wherein the least partially organic salt comprises a cation selected from the group consisting of 1-alkyl-3-methyl imidazolium, 1-butyl-3-methyl. imidazolium [BMIM], 1-ethyl-3-methyl imidazolium [EMIM], 1,2,3-trimethylimidazolium, N-alkylpyridinium, N-butyl pyridinium [BPY], pyrrolidinium, guanidinium and alkyl guanidinium, isouronium, PR4 +, NR4 +, SR3 +, tetramethylammonium, choline, cocomonium, and mixtures thereof, R independently of each other being optionally alkyl, alkenyl or substituted aryl, or hydrogen. 16.- Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 9-15, caracterizado pelo fato de que o salpelo menos parcialmente orgânico compreende um cátionselecionado a partir do grupo de quinonas substituídas.16. A process according to any one of claims 9-15, characterized in that the less partially organic salt comprises a cation selected from the group of substituted quinones. 17.- Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 9-16, caracterizado pelo fato de que o salpelo menos parcialmente orgânico compreende um ânionselecionado a partir do grupo consistindo dehexafluorfosfato [HFP], tetrafluorborato [TBF],fluorsulfonato, hexafluorantimonato hexafluorarsenato,cloraluminato, bromoaluminato, bis(trifluormetilsulfonil)-imida, tris(trifluormetilsulfonil)metide, tricianometide,dicianamida, nanofluorbutanosulfonato, trifluormetanosulfonato, 2,2,2,-trifluoretanosulfonato, nitrato, sulfato,RPO42", R2PO4-, R2PO2" (por exemplo, um dialquilfosfinato) ,perclorato, acetato, alquilsulfonato, bis (2-etilhexil)sódiosulfosuccinato, dietilenoglicolmonometiletersulfato,alquiloligoetersulfato, pivalato, tetraalquilborato,propionato, succinato, sacarinato, glicolato, estearato,lactato, malato, tartrato, citrato, ascorbato, glutamato,benzoato, salicilato, metanosulfonato, toluenosulfonato, emisturas destes, R sendo independentemente um do outro,opcionalmente, alquil, alquenil ou aril substituído, ouhidrogênio.17. A process according to any one of claims 9-16, characterized in that the least partially organic salt comprises an anion selected from the group consisting of hexafluorphosphate [HFP], tetrafluorborate [TBF], fluororsulfonate, hexafluorantimonate hexafluorarsenate, chloraluminate, bromoaluminate, bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, tris (trifluoromethylsulfonyl) metide, tricianometide, dicyanamide, nanofluoromethanesulfonate, trifluoromethanesulfonate, 2,2,2'-trifluoromethanesulfonate, nitrate, sulfate, RPO42 ", R2PO4-, e.g. ), perchlorate, acetate, alkylsulfonate, bis (2-ethylhexyl) sodiumsulfosuccinate, diethylene glycolmonomethylethersulfate, alkyloligoetersulfate, pivalate, tetraalkylborate, propionate, succinate, saccharate, glycolate, stearate, lactate, malate, tartrate, benzoate, citrate methanesulfonate, toluenesulfonate, mixtures thereof, R independently of each other, optionally alkyl, yl, alkenyl or substituted aryl, or hydrogen. 18.- Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 9-17, caracterizado pelo fato de que o salpelo menos parcialmente orgânico compreende um ânionselecionado a partir do grupo consistindo de quinonassubstituídas.18. A process according to any one of claims 9-17, characterized in that the least partially organic salpel comprises an anion selected from the group consisting of substituted quinones. 19.- Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 9-18, caracterizado pelo fato de que o salpelo menos parcialmente orgânico compreende um cátionselecionado a partir do grupo consistindo de [1,3-dialquilimidazolium] , [trialquilamônio], [tetraalquil-amônio], [trialquilfosfônio], [tetraalquilfosfônio],[alquilpiridinium] , [colina] , [Q-NR3"1"] e [Q-PR3"1"] , e umânion selecionado a partir do grupo consistindo de[sulfato], [fosfato], [alquil sulfato], [alquil sulfonato],[dialquil fosfato], [alquil fosfonato], [Q-(O)-SO3] e [Q-(O)-PO3R], onde Q é uma quinona, (0) é um oxigênioopcional, e R é, independentemente um do outro,opcionalmente, alquil, alquenil ou aril substituído, ouhidrogênio.19. A process according to any one of claims 9-18, wherein the least partially organic salt comprises a cation selected from the group consisting of [1,3-dialkylimidazolium], [trialkyl ammonium], [tetraalkyl ammonium]. ], [trialkylphosphonium], [tetraalkylphosphonium], [alkylpyridinium], [choline], [Q-NR3 "1"] and [Q-PR3 "1"], and an anion selected from the group consisting of [sulfate], [ phosphate], [alkyl sulfate], [alkyl sulfonate], [dialkyl phosphate], [alkyl phosphonate], [Q- (O) -SO3] and [Q- (O) -PO3R], where Q is a quinone, ( O) is an optional oxygen, and R is independently of each other, optionally alkyl, alkenyl or substituted aryl, or hydrogen.
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